JP2003092366A - Semiconductor memory and method of manufacturing the same - Google Patents

Semiconductor memory and method of manufacturing the same

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JP2003092366A
JP2003092366A JP2001266491A JP2001266491A JP2003092366A JP 2003092366 A JP2003092366 A JP 2003092366A JP 2001266491 A JP2001266491 A JP 2001266491A JP 2001266491 A JP2001266491 A JP 2001266491A JP 2003092366 A JP2003092366 A JP 2003092366A
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Takashi Yokoyama
敬 横山
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a manufacturing method which increases a floating-to- control gate capacitance ratio without increasing the occupied area and suppresses variations in cell characteristics caused by processes. SOLUTION: A method of manufacturing a semiconductor memory comprises processes of: forming at least one insular semiconductor layer on a semiconductor substrate, forming a tunnel insulation film on the surface of the insular semiconductor layer, forming a side wall spacer consisting of a first conductive film divided in the height direction on the tunnel insulation film, doping impurities in self-aligning manner into the divided first conductive film to form an impurity diffusion layer, and forming an interlayer capacitor film and a second conductive film on the first conductive film. The semiconductor memory manufactured by this method comprises the semiconductor substrate and at least one memory cell which consists of at least one insular semiconductor layer, and an electric charge accumulation layer and a control gate which are formed on the entire area or a part of the area around the side wall of the insular semiconductor layer, with at least one memory cell electrically insulated from the semiconductor substrate.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体記憶装置及
びその製造方法に関し、より詳細には、電荷蓄積層と制
御ゲートを有するメモリトランジスタを備える半導体記
憶装置の製造方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a semiconductor memory device and a method of manufacturing the same, and more particularly to a method of manufacturing a semiconductor memory device including a memory transistor having a charge storage layer and a control gate.

【0002】[0002]

【従来技術】EEPROMのメモリセルとして、ゲート
部に電荷蓄積層と制御ゲートを有し、トンネル電流を利
用して電荷蓄積層への電荷の注入、電荷蓄積層からの電
荷の放出を行うMOSトランジスタ構造のデバイスが知
られている。このメモリセルでは、電荷蓄積層の電荷蓄
積状態の相違によるしきい値電圧の相違をデータ
“0”、“1”として記憶する。例えば、電荷蓄積層と
して浮遊ゲートを用いたnチャネルのメモリセルの場
合、浮遊ゲートに電子を注入するには、ソース、ドレイ
ン拡散層と基板を接地して制御ゲートに正の高電圧を印
加する。このとき基板側からトンネル電流によって浮遊
ゲートに電子が注入される。この電子注入により、メモ
リセルのしきい値電圧は正方向に移動する。浮遊ゲート
の電子を放出させるには、制御ゲートを接地してソー
ス、ドレイン拡散層または基板のいずれかに正の高電圧
を印加する。このとき浮遊ゲートからトンネル電流によ
って基板側の電子が放出される。この電子放出により、
メモリセルのしきい値電圧は負方向に移動する。
2. Description of the Related Art As a memory cell of an EEPROM, a MOS transistor having a charge storage layer and a control gate in its gate portion and injecting charges into and discharging charges from the charge storage layer by utilizing a tunnel current. Devices of construction are known. In this memory cell, the difference in threshold voltage due to the difference in charge storage state of the charge storage layer is stored as data "0" and "1". For example, in the case of an n-channel memory cell using a floating gate as a charge storage layer, in order to inject electrons into the floating gate, the source / drain diffusion layer and the substrate are grounded and a positive high voltage is applied to the control gate. . At this time, electrons are injected from the substrate side to the floating gate by the tunnel current. Due to this electron injection, the threshold voltage of the memory cell moves in the positive direction. To emit electrons from the floating gate, the control gate is grounded and a positive high voltage is applied to either the source, drain diffusion layer or the substrate. At this time, the electrons on the substrate side are emitted from the floating gate by the tunnel current. By this electron emission,
The threshold voltage of the memory cell moves in the negative direction.

【0003】以上の動作において、電子注入と放出、す
なわち書き込みと消去を効率よく行うためには、浮遊ゲ
ートと制御ゲート及び浮遊ゲートと基板との間の容量結
合の関係が重要である。すなわち浮遊ゲートと制御ゲー
ト間の容量が大きいほど、制御ゲートの電位を効果的に
浮遊ゲートに伝達することができ、書き込み、消去が容
易になる。しかし、近年の半導体技術の進歩、とくに微
細加工技術の進歩により、EEPROMのメモリセルの
小型化と大容量化が急速に進んでいる。したがってメモ
リセル面積が小さくて、しかも、浮遊ゲートと制御ゲー
ト間の容量をいかに大きく確保するかが重要な問題とな
っている。
In the above operation, the relationship of capacitive coupling between the floating gate and the control gate and between the floating gate and the substrate is important for efficient electron injection and emission, that is, writing and erasing. That is, the larger the capacitance between the floating gate and the control gate, the more effectively the potential of the control gate can be transmitted to the floating gate, which facilitates writing and erasing. However, due to recent advances in semiconductor technology, particularly advances in fine processing technology, miniaturization and increase in capacity of EEPROM memory cells are rapidly advancing. Therefore, how to secure a large capacity between the floating gate and the control gate, which is a small memory cell area, is an important issue.

【0004】浮遊ゲートと制御ゲートとの間の容量を大
きくするためには、これらの間のゲート絶縁膜を薄くす
るか、その誘電率を大きくするか、または浮遊ゲートと
制御ゲートの対向面積を大きくすることが必要である。
しかし、ゲート絶縁膜を薄くすることは、信頼性上限界
がある。ゲート絶縁膜の誘電率を大きくすることは、例
えば、シリコン酸化膜に代えてシリコン窒素膜等を用い
ることが考えられるが、これも主として信頼性上問題が
あって実用的でない。したがって、十分な容量を確保す
るためには、浮遊ゲートと制御ゲートのオーバラップ面
積を一定値以上確保することが必要となる。これは、メ
モリセルの面積を小さくしてEEPROMの大容量化を
図る上で障害となる。
In order to increase the capacitance between the floating gate and the control gate, the gate insulating film between them should be thinned or its dielectric constant should be increased, or the facing area between the floating gate and the control gate should be increased. It needs to be large.
However, thinning the gate insulating film has a limit in reliability. Increasing the dielectric constant of the gate insulating film may be achieved by using, for example, a silicon nitrogen film or the like instead of the silicon oxide film, but this is also not practical because it has a problem mainly in reliability. Therefore, in order to secure a sufficient capacitance, it is necessary to secure the overlap area of the floating gate and the control gate to a certain value or more. This is an obstacle to reducing the area of the memory cell and increasing the capacity of the EEPROM.

【0005】これに対し、特許第2877462号公報
に記載されるEEPROMは、半導体基板に格子縞状の
溝により分離されてマトリクス配列された複数の柱状半
導体層の側壁を利用してメモリ・トランジスタが構成さ
れる。すなわちメモリ・トランジスタは、各柱状半導体
層の上面に形成されたドレイン拡散層、溝底部に形成さ
れた共通ソース拡散層及び各柱状半導体層の側壁部の周
囲全体を取り囲む電荷蓄積層と制御ゲートをもって構成
され、制御ゲートが一方向の複数の柱状半導体層につい
て連続的に配設されて制御ゲート線となる。また、制御
ゲート線と交差する方向の複数のメモリ・トランジスタ
のドレイン拡散層に接続されたビット線が設けられる。
上述したメモリ・トランジスタの電荷蓄積層と制御ゲー
トが柱状半導体層の下部に形成される。また、1トラン
ジスタ/1セル構成では、メモリ・トランジスタが過消
去の状態、すなわち、読出し電位が0Vであってしきい
値が負の状態になると、非選択でもセル電流が流れるこ
とになり、不都合である。これを確実に防止するため
に、メモリ・トランジスタに重ねて、柱状半導体層の上
部にその周囲の少くとも一部を取り囲むようにゲート電
極が形成された選択ゲート・トランジスタが設けられて
いる。これにより、従来例であるEEPROMのメモリ
セルは、柱状半導体層の側壁を利用して、柱状半導体層
を取り囲んで形成された電荷蓄積層及び制御ゲートを有
するから、小さい占有面積で電荷蓄積層と制御ゲートの
間の容量を十分大きく確保することができる。また各メ
モリセルのビット線に繋がるドレイン拡散層は、それぞ
れ柱状半導体層の上面に形成され、溝によって電気的に
完全に分離されている。さらに素子分離領域が小さくで
き、メモリセルサイズが小さくなる。したがって、優れ
た書き込み、消去効率をもつメモリセルを集積した大容
量化EEPROMを得ることができる。
On the other hand, in the EEPROM disclosed in Japanese Patent No. 2877462, a memory transistor is constructed by utilizing the sidewalls of a plurality of columnar semiconductor layers which are separated by lattice-striped grooves and arranged in a matrix on a semiconductor substrate. To be done. That is, the memory transistor has a drain diffusion layer formed on the upper surface of each columnar semiconductor layer, a common source diffusion layer formed at the bottom of the groove, a charge storage layer surrounding the entire side wall of each columnar semiconductor layer, and a control gate. The control gate is formed by continuously disposing the plurality of columnar semiconductor layers in one direction to form a control gate line. Also, a bit line connected to the drain diffusion layers of the plurality of memory transistors in a direction intersecting the control gate line is provided.
The charge storage layer and the control gate of the memory transistor described above are formed below the columnar semiconductor layer. Further, in the one-transistor / one-cell configuration, when the memory transistor is in the over-erased state, that is, when the read potential is 0 V and the threshold value is negative, the cell current flows even if it is not selected, which is inconvenient. Is. In order to reliably prevent this, a select gate transistor having a gate electrode formed so as to surround at least a part of the periphery of the columnar semiconductor layer is provided over the memory transistor. As a result, the memory cell of the EEPROM of the conventional example has the charge storage layer and the control gate formed by surrounding the columnar semiconductor layer by utilizing the side wall of the columnar semiconductor layer, so that the charge storage layer can be formed with a small occupied area. It is possible to secure a sufficiently large capacitance between the control gates. The drain diffusion layer connected to the bit line of each memory cell is formed on the upper surface of the columnar semiconductor layer, and is completely electrically separated by the groove. Further, the element isolation region can be made small, and the memory cell size can be made small. Therefore, it is possible to obtain a large capacity EEPROM in which memory cells having excellent writing and erasing efficiency are integrated.

【0006】図202では、柱状シリコン層2が円柱状
である場合、すなわち上面が円形である場合を示してい
る。この柱状シリコン層の外形は円柱状でなくてもよ
い。以下、従来例を図面を参照して説明する。図202
は、従来のEEPROMの平面図であり、図203は図
202のA−A’、B−B’断面図である。なお、図2
02では、選択ゲート・トランジスタのゲート電極が連
続して形成される選択ゲート線は、複雑になるので示し
ていない。従来例では、p型シリコン基板1の上に格子
縞状の溝3により分離された複数の柱状p型シリコン層
2がマトリクス配列され、これら各柱状シリコン層2が
それぞれメモリセル領域となっている。各シリコン層2
の上面にドレイン拡散層10が形成され、溝3の底部に
共通ソース拡散層9が形成され、溝3の底部に所定厚み
の酸化膜4が埋込み形成されている。また、柱状シリコ
ン層2の周囲を取り囲むように、柱状シリコン層2の下
部に、トンネル酸化膜5を介して浮遊ゲート6が形成さ
れ、さらにその外側に層間絶縁膜7を介して制御ゲート
8が形成されて、メモリ・トランジスタが構成される。
ここで、制御ゲート8は、図202及び図203(b)
に示すように、一方向の複数のメモリセルについて連続
的に配設されて、制御ゲート線すなわちワード線WL(WL
1,WL2,…)となっている。そして柱状シリコン層2の上
部には、メモリ・トランジスタと同様にその周囲を取り
囲むように、ゲート酸化膜31を介してゲート電極32
が配設されて選択ゲート・トランジスタが構成されてい
る。このトランジスタのゲート電極32は、メモリセル
の制御ゲート8と同様に、制御ゲート線と同じ方向には
連続して配設されて選択ゲート線となる。
FIG. 202 shows a case where the columnar silicon layer 2 has a columnar shape, that is, a top surface has a circular shape. The outer shape of the columnar silicon layer may not be cylindrical. Hereinafter, a conventional example will be described with reference to the drawings. FIG. 202
Is a plan view of a conventional EEPROM, and FIG. 203 is a sectional view taken along the line AA 'and BB' of FIG. Note that FIG.
In 02, the select gate line in which the gate electrodes of the select gate transistors are continuously formed is not shown because it becomes complicated. In the conventional example, a plurality of columnar p-type silicon layers 2 separated by lattice-striped grooves 3 are arranged in a matrix on a p-type silicon substrate 1, and each columnar silicon layer 2 serves as a memory cell region. Each silicon layer 2
A drain diffusion layer 10 is formed on the upper surface of the groove 3, a common source diffusion layer 9 is formed on the bottom of the groove 3, and an oxide film 4 having a predetermined thickness is buried in the bottom of the groove 3. Further, a floating gate 6 is formed below the pillar-shaped silicon layer 2 via a tunnel oxide film 5 so as to surround the circumference of the pillar-shaped silicon layer 2, and a control gate 8 is formed outside the floating gate 6 via an interlayer insulating film 7. Formed to form a memory transistor.
Here, the control gate 8 is shown in FIG. 202 and FIG. 203 (b).
As shown in, the memory cells are continuously arranged for a plurality of memory cells in one direction, and control gate lines or word lines WL (WL
1, WL2, ...). A gate electrode 32 is formed on the pillar-shaped silicon layer 2 via a gate oxide film 31 so as to surround the periphery of the pillar-shaped silicon layer 2 like the memory transistor.
Are arranged to form a select gate transistor. Similar to the control gate 8 of the memory cell, the gate electrode 32 of this transistor is continuously arranged in the same direction as the control gate line to form a select gate line.

【0007】このように、メモリ・トランジスタ及び選
択ゲート・トランジスタが、溝の内部に重ねられた状態
で埋込み形成される。制御ゲート線は、その一端部をシ
リコン層表面にコンタクト部14として残し、選択ゲー
ト線も制御ゲートと逆の端部のシリコン層にコンタクト
部15を残して、これらにそれぞれワード線WL及び制御
ゲート線CGとなるAl配線13、16をコンタクトさせて
いる。溝3の底部には、メモリセルの共通ソース拡散層
9が形成され、各柱状シリコン層2の上面には各メモリ
セル毎のドレイン拡散層10が形成されている。このよ
うに形成されたメモリセルの基板上はCVD酸化膜11
により覆われ、これにコンタクト孔が開けられて、ワー
ド線WLと交差する方向のメモリセルのドレイン拡散層1
0を共通接続するビット線BL(BL1,BL2,…)となるAl
配線12が配設されている。制御ゲート線のパターニン
グの際に、セルアレイの端部の柱状シリコン層位置にP
EPによるマスクを形成しておいてその表面に制御ゲー
ト線と連続する多結晶シリコン膜からなるコンタクト部
14を残し、ここにビット線BLと同時に形成されるA
l膜によってワード線となるAl配線13をコンタクト
させている。
In this way, the memory transistor and the select gate transistor are embedded and formed in a state of being superposed inside the trench. One end of the control gate line is left on the surface of the silicon layer as a contact portion 14, and the select gate line is also left a contact portion 15 on the silicon layer at the end opposite to the control gate. The Al wirings 13 and 16 to be the line CG are in contact with each other. A common source diffusion layer 9 of the memory cell is formed on the bottom of the groove 3, and a drain diffusion layer 10 of each memory cell is formed on the upper surface of each columnar silicon layer 2. The CVD oxide film 11 is formed on the substrate of the memory cell thus formed.
And a contact hole is opened in the drain diffusion layer 1 of the memory cell in the direction intersecting the word line WL.
Al to be the bit lines BL (BL1, BL2, ...) Connecting 0s in common
The wiring 12 is provided. At the time of patterning the control gate line, P is formed at the position of the columnar silicon layer at the end of the cell array.
A mask made of EP is formed, and a contact portion 14 made of a polycrystalline silicon film that is continuous with the control gate line is left on the surface of the mask. A is formed at the same time as the bit line BL.
The Al wiring 13 serving as a word line is brought into contact with the l film.

【0008】このような図203(a)に対応する構造
を得るための具体的な製造工程例を図204(a)〜図
207(g)を参照して説明する。高不純物濃度のp型
シリコン基板1に低不純物濃度のp-型シリコン層2をエ
ピタキシャル成長させたウェハを用い、その表面にマス
ク層21を堆積し、公知のPEP工程によりフォトレジ
スト・パターン22を形成して、これを用いてマスク層
21をエッチングする(図203(a))。そして、マ
スク層21を用いて、反応性イオンエッチング法により
シリコン層2をエッチングして、基板1に達する深さの
格子縞状の溝3を形成する。これにより、シリコン層2
は、柱状をなして複数の島に分離される。その後CVD
法によりシリコン酸化膜23を堆積し、これを異方性エ
ッチングにより各柱状シリコン層2の側壁に残す。そし
てn型不純物をイオン注入によって、各柱状シリコン層
2の上面にそれぞれドレイン拡散層10を形成し、溝底
部には共通ソース拡散層9を形成する(図204
(b))。その後、等方性エッチングにより各柱状シリ
コン層2の周囲の酸化膜23をエッチング除去した後、
必要に応じて斜めイオン注入を利用して各シリコン層2
の側壁にチャネルイオン注入を行う。チャネルイオン注
入に代えて、CVD法によりボロンを含む酸化膜を堆積
し、その酸化膜からのボロン拡散を利用してもよい。そ
してCVDシリコン酸化膜4を堆積し、これを等方性エ
ッチングによりエッチングして、溝3の底部に所定厚み
の酸化膜を埋め込む。
A specific manufacturing process example for obtaining the structure corresponding to FIG. 203 (a) will be described with reference to FIGS. 204 (a) to 207 (g). A wafer in which a p-type silicon layer 2 having a low impurity concentration is epitaxially grown on a p-type silicon substrate 1 having a high impurity concentration is used, a mask layer 21 is deposited on the surface thereof, and a photoresist pattern 22 is formed by a known PEP process. Then, the mask layer 21 is etched using this (FIG. 203 (a)). Then, using the mask layer 21, the silicon layer 2 is etched by the reactive ion etching method to form the lattice-stripe-shaped grooves 3 having a depth reaching the substrate 1. Thereby, the silicon layer 2
Are columnar and separated into islands. Then CVD
A silicon oxide film 23 is deposited by the method and is left on the side wall of each columnar silicon layer 2 by anisotropic etching. Then, by ion implantation of n-type impurities, a drain diffusion layer 10 is formed on the upper surface of each columnar silicon layer 2, and a common source diffusion layer 9 is formed on the bottom of the groove (FIG. 204).
(B)). Then, after removing the oxide film 23 around each columnar silicon layer 2 by isotropic etching,
Each silicon layer 2 using oblique ion implantation as needed
Channel ion implantation is performed on the side wall of. Instead of the channel ion implantation, an oxide film containing boron may be deposited by the CVD method and boron diffusion from the oxide film may be used. Then, a CVD silicon oxide film 4 is deposited, and this is etched by isotropic etching to fill the bottom of the groove 3 with an oxide film having a predetermined thickness.

【0009】次いで、熱酸化によって各シリコン層2の
周囲に、例えば10nm程度のトンネル酸化膜5を形成
した後、第1層多結晶シリコン膜を堆積する。この第1
層多結晶シリコン膜を異方性エッチングによりエッチン
グして、柱状シリコン層2の下部側壁に残して、シリコ
ン層2を取り囲む形の浮遊ゲート6を形成する(図20
5(c))。続いて、各柱状シリコン層2の周囲に形成
された浮遊ゲート6の表面に層間絶縁膜7を形成する。
この層間絶縁膜7は、例えば、ONO膜とする。具体的
には浮遊ゲート6の表面を所定厚み酸化した後、プラズ
マCVD法によりシリコン窒化膜を堆積してその表面を
熱酸化することにより、ONO膜を形成する。そして第
2層多結晶シリコン膜を堆積して異方性エッチングによ
りエッチングすることにより、やはり柱状シリコン層2
の下部に制御ゲート8を形成する(図205(d))。
このとき制御ゲート8は、柱状シリコン層2の間隔を、
図202の縦方向について予め所定の値以下に設定して
おくことによって、マスク工程を用いることなく、その
方向に連続する制御ゲート線として形成される。そして
不要な層間絶縁膜7及びその下のトンネル酸化膜2をエ
ッチング除去した後、CVDシリコン酸化膜111を堆
積し、これをエッチングして溝3の途中まで、すなわち
メモリセルの浮遊ゲート7及び制御ゲート8が隠れるま
で埋め込む(図206(e))。その後、露出した柱状
シリコン層2の上部に熱酸化により20nm程度のゲー
ト酸化膜31を形成し、第3層多結晶シリコン膜を堆積
し、これを異方性エッチングによりエッチングしてMO
Sトランジスタのゲート電極32を形成する(図206
(f))。このゲート電極32も制御ゲート線と同じ方
向に連続的にパターン形成されて選択ゲート線となる。
選択ゲート線もセルフアラインで連続的に形成すること
ができるが、メモリセルの制御ゲート8の場合に比べて
難しい。これは、メモリ・トランジスタ部は2層ゲート
であるのに対し、選択ゲート・トランジスタが単層ゲー
トであるため、隣接セル間のゲート電極間隔が制御ゲー
ト間隔より広いからである。したがって確実にゲート電
極32を連続させるためには、これを二層多結晶シリコ
ン構造として、最初の多結晶シリコン膜についてはマス
ク工程でゲート電極を繋げる部分にのみ残し、次の多結
晶シリコン膜に対して側壁残しの技術を利用すればよ
い。なお、制御ゲート線及び選択ゲート線はそれぞれ異
なる端部において、柱状シリコン層上面にコンタクト部
14、15が形成されるように、多結晶シリコン膜のエ
ッチングに際してマスクを形成しておく。最後にCVD
シリコン酸化膜112を堆積して、必要なら平坦化処理
を行った後、コンタクト孔を開けて、Alの蒸着、パタ
ーニングにより、ビット線BLとなるAl配線12、制
御ゲート線CGとなるAl配線13及びワード線WLと
なるAl配線16を同時に形成する(図207
(g))。
Then, a tunnel oxide film 5 having a thickness of, for example, about 10 nm is formed around each silicon layer 2 by thermal oxidation, and then a first-layer polycrystalline silicon film is deposited. This first
The layer polycrystalline silicon film is etched by anisotropic etching to leave the lower side wall of the columnar silicon layer 2 and form a floating gate 6 surrounding the silicon layer 2 (FIG. 20).
5 (c)). Then, an interlayer insulating film 7 is formed on the surface of the floating gate 6 formed around each columnar silicon layer 2.
The interlayer insulating film 7 is, for example, an ONO film. Specifically, after the surface of the floating gate 6 is oxidized to a predetermined thickness, a silicon nitride film is deposited by a plasma CVD method and the surface thereof is thermally oxidized to form an ONO film. Then, the second-layer polycrystalline silicon film is deposited and etched by anisotropic etching, so that the pillar-shaped silicon layer 2 is also formed.
The control gate 8 is formed in the lower part of (FIG. 205 (d)).
At this time, the control gate 8 sets the distance between the pillar-shaped silicon layers 2 to
By setting the vertical direction in FIG. 202 to a predetermined value or less in advance, the control gate lines are formed continuously in that direction without using a mask process. Then, after removing the unnecessary interlayer insulating film 7 and the tunnel oxide film 2 thereunder by etching, a CVD silicon oxide film 111 is deposited, and this is etched to the middle of the groove 3, that is, the floating gate 7 and control of the memory cell. The gate 8 is buried until it is hidden (FIG. 206 (e)). Then, a gate oxide film 31 of about 20 nm is formed on the exposed columnar silicon layer 2 by thermal oxidation, a third-layer polycrystalline silicon film is deposited, and this is etched by anisotropic etching to form a MO film.
The gate electrode 32 of the S transistor is formed (FIG. 206).
(F)). This gate electrode 32 is also continuously patterned in the same direction as the control gate line to form a select gate line.
The select gate line can be continuously formed by self-alignment, but it is more difficult than the case of the control gate 8 of the memory cell. This is because the memory transistor section has a two-layer gate, whereas the select gate transistor has a single-layer gate, so that the gate electrode spacing between adjacent cells is wider than the control gate spacing. Therefore, in order to ensure the continuity of the gate electrode 32, this is formed as a two-layer polycrystalline silicon structure, and the first polycrystalline silicon film is left only in the portion where the gate electrode is connected in the mask process, and the next polycrystalline silicon film is formed. On the other hand, the technique of leaving the side wall may be used. Note that a mask is formed at the time of etching the polycrystalline silicon film so that the contact portions 14 and 15 are formed on the upper surface of the columnar silicon layer at different ends of the control gate line and the select gate line. Finally CVD
After depositing a silicon oxide film 112 and performing a planarization process if necessary, a contact hole is opened, and Al wiring 12 serving as a bit line BL and an Al wiring 13 serving as a control gate line CG are formed by vapor deposition and patterning of Al. And the Al wiring 16 to be the word line WL is formed at the same time (FIG. 207).
(G)).

【0010】図208(a)は、この従来例のEEPR
OMの1メモリセルの要部断面構造を、図208(b)
は等価回路を示している。図208(a)及び(b)を
用いて、この従来例のEEPROMの動作を簡単に説明
する。まず、書込みにホットキャリア注入を利用する場
合の書込みは、選択ワード線WLに十分高い正電位を与
え、選択制御ゲート線CG及び選択ビット線BLに所定の正
電位を与える。これにより選択ゲート・トランジスタQs
を介して正電位をメモリ・トランジスタQcのドレインに
伝達して、メモリ・トランジスタQcでチャネル電流を流
して、ホットキャリア注入を行う。これにより、そのメ
モリセルのしきい値は正方向に移動する。消去は、選択
制御ゲートCGを0Vとし、ワード線WL及びビット線BLに
高い正電位を与えて、ドレイン側に浮遊ゲートの電子を
放出させる。一括消去の場合には、共通ソースに高い正
電位を与えてソース側に電子を放出させることもでき
る。これにより、メモリセルのしきい値は負方向に移動
する。読出し動作は、ワード線WLにより選択ゲート・ト
ランジスタQsをオンし、制御ゲート線CGの読出し電位を
与えて、電流の有無により“0”、“1”判別を行う。
電子注入にFNトンネリングを利用する場合には、選択
制御ゲート線CG及び選択ワード線WLに高い正電位を与
え、選択ビット線BLを0Vとして、基板から浮遊ゲート
に電子を注入する。また、この従来例によれば、選択ゲ
ート・トランジスタがあるため、過消去状態になっても
誤動作しないEEPROMが得られる。
FIG. 208 (a) shows an EEPR of this conventional example.
The cross-sectional structure of the main part of one memory cell of the OM is shown in FIG.
Shows an equivalent circuit. The operation of the conventional EEPROM will be briefly described with reference to FIGS. First, in the case of using hot carrier injection for writing, a sufficiently high positive potential is applied to the selected word line WL, and a predetermined positive potential is applied to the selection control gate line CG and the selected bit line BL. As a result, the select gate transistor Qs
A positive potential is transmitted to the drain of the memory transistor Qc via the memory transistor Qc, a channel current is flown in the memory transistor Qc, and hot carrier injection is performed. As a result, the threshold value of the memory cell moves in the positive direction. For erasing, the selection control gate CG is set to 0 V, a high positive potential is applied to the word line WL and the bit line BL, and electrons in the floating gate are emitted to the drain side. In the case of batch erasing, a high positive potential can be applied to the common source to emit electrons to the source side. As a result, the threshold value of the memory cell moves in the negative direction. In the read operation, the select gate transistor Qs is turned on by the word line WL, the read potential of the control gate line CG is applied, and "0" or "1" discrimination is performed depending on the presence or absence of current.
When FN tunneling is used for electron injection, a high positive potential is applied to the selection control gate line CG and the selection word line WL to set the selection bit line BL to 0 V and electrons are injected from the substrate to the floating gate. Further, according to this conventional example, since there is the select gate transistor, an EEPROM which does not malfunction even in the overerased state can be obtained.

【0011】ところで、この従来例では、図208
(a)に示したように、選択ゲート・トランジスタQsと
メモリ・トランジスタQcの間には拡散層がない。これ
は、柱状シリコン層の側面に選択的に拡散層を形成する
ことが困難だからである。したがって、図203(a)
及び(b)の構造において、メモリ・トランジスタのゲ
ート部と選択ゲート・トランジスタのゲート部の間の分
離酸化膜はできるだけ薄いことが望ましい。特に、ホッ
トエレクトロン注入を利用する場合には、メモリ・トラ
ンジスタのドレイン部に十分な“H”レベル電位を伝達
するために、この分離酸化膜厚が30〜40nm程度で
あることが必要になる。このような微小間隔は、先の製
造工程で説明したCVD法による酸化膜埋込みのみでは
実際上は困難である。したがって、CVD酸化膜による
埋込みは浮遊ゲート6及び制御ゲート8が露出する状態
とし、選択ゲート・トランジスタ用のゲート酸化の工程
で同時に浮遊ゲート6及び制御ゲート8の露出部に薄い
酸化膜を形成する方法が望ましい。また、従来例によれ
ば、格子縞状の溝底部を分離領域として、柱状シリコン
層が配列され、この柱状シリコン層の周囲を取り囲むよ
うに形成された浮遊ゲートをもつメモリセルが構成され
るから、メモリセルの占有面積が小さい、高集積化EE
PROMが得られる。しかも、メモリセル占有面積が小
さいにも拘らず、浮遊ゲートと制御ゲート間の容量は十
分大きく確保することができる。なお、従来例では、マ
スクを用いることなく各メモリセルの制御ゲートを一方
向について連続するように形成した。これは、柱状シリ
コン層の配置が対称的でない場合に初めて可能である。
すなわち、ワード線方向の柱状シリコン層の隣接間隔
を、ビット線方向のそれより小さくすることにより、ビ
ット線方向には分離され、ワード線方向に繋がる制御ゲ
ート線がマスクなしで自動的に得られる。
By the way, in this conventional example, FIG.
As shown in (a), there is no diffusion layer between the select gate transistor Qs and the memory transistor Qc. This is because it is difficult to selectively form the diffusion layer on the side surface of the columnar silicon layer. Therefore, FIG.
In the structures (b) and (b), it is desirable that the isolation oxide film between the gate portion of the memory transistor and the gate portion of the select gate transistor be as thin as possible. In particular, when hot electron injection is used, the isolation oxide film thickness needs to be about 30 to 40 nm in order to transmit a sufficient “H” level potential to the drain portion of the memory transistor. Such a minute interval is practically difficult only by burying an oxide film by the CVD method described in the above manufacturing process. Therefore, the filling with the CVD oxide film leaves the floating gate 6 and the control gate 8 exposed, and a thin oxide film is simultaneously formed on the exposed portions of the floating gate 6 and the control gate 8 in the gate oxidation process for the select gate transistor. Method is preferred. Further, according to the conventional example, since the pillar-shaped silicon layer is arranged with the lattice-stripe-shaped groove bottom as an isolation region, and a memory cell having a floating gate formed so as to surround the circumference of the pillar-shaped silicon layer is formed, Highly integrated EE with a small memory cell occupation area
A PROM is obtained. Moreover, despite the small occupied area of the memory cell, a sufficiently large capacitance can be secured between the floating gate and the control gate. In the conventional example, the control gate of each memory cell is formed continuously in one direction without using a mask. This is possible only if the arrangement of the pillar-shaped silicon layers is not symmetrical.
That is, by making the distance between the columnar silicon layers adjacent to each other in the word line direction smaller than that in the bit line direction, the control gate lines which are separated in the bit line direction and are connected to the word line direction are automatically obtained without a mask. ..

【0012】これに対して、例えば、柱状シリコン層の
配置を対称的にした場合には、PEP工程を必要とす
る。具体的に説明すれば、第2層多結晶シリコン膜を厚
く堆積して、PEP工程を経て、制御ゲート線として連
続させるべき部分にこれを残すように選択エッチングす
る。ついで、第3層多結晶シリコン膜を堆積して、従来
例で説明したと同様に側壁残しのエッチングを行う。ま
た、柱状シリコン層の配置が対称的でない場合にも、そ
の配置の間隔によっては従来例のように自動的に連続す
る制御ゲート線が形成できないこともある。このような
場合にも、上述のようなマスク工程を用いることによ
り、一方向に連続する制御ゲート線を形成すればよい。
また、従来例では浮遊ゲート構造のメモリセルを用いた
が、電荷蓄積層は必ずしも浮遊ゲート構造である必要は
なく、電荷蓄積層を多層絶縁膜へのトラップにより実現
している、例えばMNOS構造の場合にも有効である。
On the other hand, for example, when the columnar silicon layers are arranged symmetrically, the PEP process is required. More specifically, a second-layer polycrystalline silicon film is deposited thickly, and a PEP process is performed, followed by selective etching so as to leave it in a portion to be continued as a control gate line. Then, a third-layer polycrystalline silicon film is deposited, and etching is performed with the sidewall left, as described in the conventional example. Further, even if the pillar-shaped silicon layers are not symmetrically arranged, it may not be possible to automatically form a continuous control gate line as in the conventional example depending on the distance of the arrangement. Even in such a case, the control gate line continuous in one direction may be formed by using the mask process as described above.
Further, although the memory cell having the floating gate structure is used in the conventional example, the charge storage layer does not necessarily have to be the floating gate structure, and the charge storage layer is realized by trapping in the multilayer insulating film, for example, the MNOS structure. It is also effective in cases.

【0013】図209は、MNOS構造のメモリセルを
用いた場合の図203(a)に対応する断面図である。
電荷蓄積層となる積層絶縁膜24は、トンネル酸化膜と
シリコン窒化膜の積層構造、またはその窒化膜表面にさ
らに酸化膜を形成した構造とする。図210は、上記従
来例において、メモリ・トランジスタと選択ゲート・ト
ランジスタを逆にした例、すなわち、柱状シリコン層2
の下部に選択ゲート・トランジスタを形成し、上部にメ
モリ・トランジスタを形成した図203(a)に対応す
る断面図である。共通ソース側に選択ゲート・トランジ
スタを設けるこの構造は、書き込み方式としてホットエ
レクトロン注入方式が用いる場合に採用することができ
る。図211は、一つの柱状シリコン層に複数のメモリ
セルを構成した従来例である。先の従来例と対応する部
分には先の従来例と同一符号を付して詳細な説明は省略
する。この従来例では、柱状シリコン層2の最下部に選
択ゲート・トランジスタQs1を形成し、その上に3個の
メモリ・トランジスタQc1、Qc2、Q3cを重ね、さらにそ
の上に選択ゲート・トランジスタQs2を形成している。
この構造は基本的に先に説明した製造工程を繰り返すこ
とにより得られる。図210及び図211で説明した従
来例においても、メモリ・トランジスタとして浮遊ゲー
ト構造に代えて、MNOS構造を用いることができる。
FIG. 209 is a sectional view corresponding to FIG. 203 (a) when a memory cell having the MNOS structure is used.
The laminated insulating film 24 serving as a charge storage layer has a laminated structure of a tunnel oxide film and a silicon nitride film, or a structure in which an oxide film is further formed on the surface of the nitride film. FIG. 210 shows an example in which the memory transistor and the select gate transistor are reversed in the conventional example, that is, the columnar silicon layer 2
203A is a cross-sectional view corresponding to FIG. 203A, in which the select gate transistor is formed in the lower part of FIG. This structure in which the select gate transistor is provided on the common source side can be adopted when the hot electron injection method is used as the writing method. FIG. 211 shows a conventional example in which a plurality of memory cells are formed in one columnar silicon layer. The parts corresponding to those of the above-mentioned conventional example are denoted by the same reference numerals as those of the above-mentioned conventional example, and detailed description thereof is omitted. In this conventional example, a select gate transistor Qs1 is formed at the bottom of the pillar-shaped silicon layer 2, three memory transistors Qc1, Qc2, Q3c are stacked thereon, and a select gate transistor Qs2 is further formed thereon. is doing.
This structure is basically obtained by repeating the manufacturing process described above. In the conventional example described with reference to FIGS. 210 and 211, the MNOS structure can be used as the memory transistor instead of the floating gate structure.

【0014】以上述べたように従来技術によれば、格子
縞状溝によって分離された柱状半導体層の側壁を利用し
て、電荷蓄積層と制御ゲートをもつメモリ・トランジス
タを用いたメモリセルを構成することにより、制御ゲー
トと電荷蓄積層間の容量を十分大きく確保して、しかも
メモリセル占有面積を小さくして高集積化を図ったEE
PROMを得ることができる。
As described above, according to the prior art, a memory cell using a memory transistor having a charge storage layer and a control gate is formed by utilizing the side wall of the columnar semiconductor layer separated by the lattice stripe groove. As a result, a sufficiently large capacitance is secured between the control gate and the charge storage layer, and the occupied area of the memory cell is reduced to achieve high integration.
A PROM can be obtained.

【0015】[0015]

【発明が解決しようとする課題】しかし、一つの柱状半
導体層に複数のメモリセルを直列に接続して構成し、各
メモリセルの閾値が同じであると考えた場合、制御ゲー
ト線CGに読出し電位を与えて、電流の有無により
“0”、“1”判別を行う読み出し動作の際、直列に接
続された両端に位置するメモリセルにおいては基板から
のバックバイアス効果により閾値の変動が顕著となる。
これにより直列に接続するメモリセルの個数がデバイス
上制約されるため、大容量化を行った際に問題となる。
However, when a plurality of memory cells are connected in series to one columnar semiconductor layer and the thresholds of the memory cells are considered to be the same, the data is read to the control gate line CG. During a read operation in which a potential is applied and "0" or "1" is discriminated depending on the presence or absence of a current, in the memory cells located at both ends connected in series, the back bias effect from the substrate causes a significant change in the threshold value. Become.
As a result, the number of memory cells connected in series is restricted on the device, which becomes a problem when the capacity is increased.

【0016】また、従来例では柱状半導体層に対して自
己整合に電荷蓄積層および制御ゲートが形成されるが、
セルアレイの大容量化を考えた場合、柱状半導体層は最
小加工寸法にて形成することが好ましい。ここで電荷蓄
積層として浮遊ゲートを用いた場合、浮遊ゲートと制御
ゲートおよび基板との間の容量結合の関係は、柱状半導
体層外周の面積と浮遊ゲート外周の面積、柱状半導体層
と浮遊ゲートを絶縁するトンネル酸化膜厚、浮遊ゲート
と制御ゲートを絶縁する層間絶縁膜厚で決まる。従来例
では柱状半導体層の側壁を利用して、柱状半導体層を取
り囲んで形成された電荷蓄積層および制御ゲートを有
し、小さい占有面積で電荷蓄積層と制御ゲートの間の容
量を十分大きく確保することを目的としているが、柱状
半導体層を最小加工寸法にて形成した場合で且つ、トン
ネル酸化膜厚と層間絶縁膜厚を固定とした場合、電荷蓄
積層と制御ゲートの間の容量は単純に浮遊ゲート外周の
面積、つまり浮遊ゲートの膜厚で決まる。したがって、
これ以上、メモリセルの占有面積を増加させずに電荷蓄
積層と制御ゲートの間の容量を増大させることは困難で
ある。言い換えれば、メモリセルの占有面積を増加させ
ずに、浮遊ゲートと島状半導体層との容量に対する浮遊
ゲートと制御ゲートとの容量の比を増大させることは困
難である。
In the conventional example, the charge storage layer and the control gate are formed in self-alignment with the columnar semiconductor layer.
In consideration of increasing the capacity of the cell array, it is preferable to form the columnar semiconductor layer with the minimum processing size. When a floating gate is used as the charge storage layer, the relationship of capacitive coupling among the floating gate, the control gate, and the substrate is as follows: the area of the outer periphery of the columnar semiconductor layer and the area of the outer periphery of the floating gate; It is determined by the thickness of the tunnel oxide that insulates and the thickness of the interlayer insulating film that insulates the floating gate and the control gate. In the conventional example, the side wall of the columnar semiconductor layer is used to have the charge storage layer and the control gate formed so as to surround the columnar semiconductor layer, and a sufficiently large capacitance can be secured between the charge storage layer and the control gate with a small occupied area. However, the capacitance between the charge storage layer and the control gate is simple when the columnar semiconductor layer is formed with the minimum processing size and the tunnel oxide film thickness and the interlayer insulating film thickness are fixed. The area of the outer circumference of the floating gate, that is, the film thickness of the floating gate. Therefore,
It is difficult to increase the capacitance between the charge storage layer and the control gate without increasing the occupied area of the memory cell. In other words, it is difficult to increase the ratio of the capacitance of the floating gate and the control gate to the capacitance of the floating gate and the island-shaped semiconductor layer without increasing the occupied area of the memory cell.

【0017】本発明は上記課題に鑑みなされたものであ
り、電荷蓄積層及び制御ゲートを有する半導体記憶装置
のバックバイアス効果による影響を低減させることによ
り集積度を向上させ、メモリセルの占有面積を増加させ
ずに電荷蓄積層と制御ゲートの間の容量比をより一層増
大させるとともに、製造プロセスに起因する各メモリセ
ルトランジスタの熱履歴の遍歴を最小限に抑えることで
メモリセルの特性のばらつきを抑える半導体記憶装置の
製造方法を提供することを目的とする。
The present invention has been made in view of the above problems, and improves the degree of integration by reducing the influence of the back bias effect of a semiconductor memory device having a charge storage layer and a control gate, and occupies an area occupied by memory cells. The capacitance ratio between the charge storage layer and the control gate is further increased without increasing, and the iterative history of the thermal history of each memory cell transistor due to the manufacturing process is minimized to reduce the variation in the characteristics of the memory cell. It is an object of the present invention to provide a method of manufacturing a semiconductor memory device that suppresses the semiconductor memory device.

【0018】[0018]

【課題を解決するための手段】本発明によれば、半導体
基板上に少なくとも1つの島状半導体層を形成する工程
と、該島状半導体層表面にトンネル絶縁膜を形成する工
程と、該トンネル絶縁膜上に、高さ方向に分割された第
1導電膜からなるサイドウォールスペーサを形成する工
程と、該分割された第1導電膜に対して自己整合的に不
純物を導入して不純物拡散層を形成する工程と、該第1
導電膜上に層間容量膜及び第二導電膜を形成する工程と
を含むことにより、半導体基板と、少なくとも1つの島
状半導体層、該島状半導体層の側壁の周囲の全部又は一
部に形成された電荷蓄積層及び制御ゲートから構成され
る少なくとも1つのメモリセルとを有し、該メモリセル
の少なくとも1つが前記半導体基板から電気的に絶縁さ
れてなる半導体記憶装置を製造する半導体記憶装置の製
造方法が提供される。
According to the present invention, a step of forming at least one island-shaped semiconductor layer on a semiconductor substrate, a step of forming a tunnel insulating film on the surface of the island-shaped semiconductor layer, and a step of forming the tunnel A step of forming a sidewall spacer made of a first conductive film divided in the height direction on an insulating film, and an impurity diffusion layer by introducing impurities into the divided first conductive film in a self-aligned manner And a step of forming
A step of forming an interlayer capacitance film and a second conductive film on the conductive film, so that the semiconductor substrate, at least one island-shaped semiconductor layer, and all or part of the periphery of the sidewall of the island-shaped semiconductor layer are formed. At least one memory cell including a charge storage layer and a control gate, and a semiconductor memory device for manufacturing a semiconductor memory device in which at least one of the memory cells is electrically insulated from the semiconductor substrate. A manufacturing method is provided.

【0019】また、本発明によれば、半導体基板上に少
なくとも1つの島状半導体層を形成する工程と、該島状
半導体層表面にトンネル絶縁膜を形成する工程と、該ト
ンネル絶縁膜上に積層絶縁膜からなる電荷蓄積層を形成
する工程と、該電荷蓄積層上に、高さ方向に分割された
第1導電膜からなるサイドウォールスペーサを形成する
工程と、該分割された第1導電膜に対して自己整合的に
不純物を導入して不純物拡散層を形成する工程とを含む
ことにより、半導体基板と、少なくとも1つの島状半導
体層、該島状半導体層の側壁の周囲の全部又は一部に形
成された電荷蓄積層及び制御ゲートから構成される少な
くとも1つのメモリセルとを有し、該メモリセルの少な
くとも1つが前記半導体基板から電気的に絶縁されてな
る半導体記憶装置を製造する半導体記憶装置の製造方
法。
Further, according to the present invention, a step of forming at least one island-shaped semiconductor layer on the semiconductor substrate, a step of forming a tunnel insulating film on the surface of the island-shaped semiconductor layer, and a step of forming the tunnel insulating film on the tunnel insulating film. A step of forming a charge storage layer made of a laminated insulating film, a step of forming a sidewall spacer made of a first conductive film divided in the height direction on the charge storage layer, and a step of forming the divided first conductive film. A step of introducing an impurity into the film in a self-aligning manner to form an impurity diffusion layer, whereby the semiconductor substrate, at least one island-shaped semiconductor layer, and all or around the sidewalls of the island-shaped semiconductor layer are formed. At least one memory cell formed of a charge storage layer and a control gate formed in part, and at least one of the memory cells is electrically insulated from the semiconductor substrate. Method of manufacturing a semiconductor memory device to be manufactured.

【0020】さらに、半導体基板上に少なくとも1つの
島状半導体層を形成する工程と、該島状半導体層表面の
一部に不純物を導入して不純物拡散層を形成する工程
と、該島状半導体層表面に、絶縁膜を介して、高さ方向
に分割された第1導電膜からなるサイドウォールスペー
サを形成する工程とを含むことにより、半導体基板と、
少なくとも1つの島状半導体層、該島状半導体層の側壁
の周囲の全部又は一部に形成された電荷蓄積層及び制御
ゲートから構成される少なくとも1つのメモリセルとを
有し、該メモリセルの少なくとも1つが前記半導体基板
から電気的に絶縁されてなる半導体記憶装置を製造する
半導体記憶装置の製造方法が提供される。
Further, a step of forming at least one island-shaped semiconductor layer on the semiconductor substrate, a step of introducing an impurity into a part of the surface of the island-shaped semiconductor layer to form an impurity diffusion layer, and the island-shaped semiconductor. A step of forming a sidewall spacer made of a first conductive film divided in the height direction on the surface of the layer with an insulating film interposed therebetween.
At least one island-shaped semiconductor layer, at least one memory cell including a charge storage layer formed on all or part of the periphery of the sidewall of the island-shaped semiconductor layer, and a control gate, Provided is a method for manufacturing a semiconductor memory device, wherein at least one is electrically insulated from the semiconductor substrate to manufacture a semiconductor memory device.

【0021】[0021]

【発明の実施の形態】本発明の半導体記憶装置は、半導
体基板面の垂線方向に電荷蓄積層および制御ゲートとな
る第三の電極を有する複数のメモリセルを直列に接続
し、該メモリセルは半導体基板と該半導体基板上に格子
縞状に分離されてなるマトリクス状に配列された複数の
島状半導体層の側壁部に形成され、該島状半導体層に配
置された不純物拡散層をメモリセルのソースもしくはド
レインとし、該不純物拡散層により半導体基板と島状半
導体層が電気的に分離しており、前記制御ゲートが一方
向の複数の島状半導体層について連続的に、且つ、半導
体基板面に対し水平方向に配置されてなる第三の配線で
ある制御ゲート線を有し、該制御ゲート線と交差する方
向に不純物拡散層と電気的に接続し、且つ、半導体基板
面に対し水平方向に配置されてなる第四の配線であるビ
ット線を有する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION In a semiconductor memory device of the present invention, a plurality of memory cells each having a charge storage layer and a third electrode serving as a control gate are connected in series in a direction perpendicular to a surface of a semiconductor substrate. A semiconductor substrate and an impurity diffusion layer formed on the sidewalls of a plurality of island-shaped semiconductor layers arranged in a matrix on the semiconductor substrate and arranged in a matrix pattern, and an impurity diffusion layer arranged in the island-shaped semiconductor layer The semiconductor substrate and the island-shaped semiconductor layer are electrically separated by the impurity diffusion layer as a source or a drain, and the control gate is continuous with respect to a plurality of island-shaped semiconductor layers in one direction, and is formed on the semiconductor substrate surface. In contrast, it has a control gate line which is a third wiring arranged in a horizontal direction, is electrically connected to the impurity diffusion layer in a direction intersecting with the control gate line, and is in a horizontal direction with respect to the semiconductor substrate surface. Having a bit line which is the fourth wiring formed by location.

【0022】メモリセルアレイの平面図における実施の
形態 本発明の半導体記憶装置におけるメモリセルアレイの平
面図を図1〜図11に基づいて説明する。図1〜図8
は、電荷蓄積層として浮遊ゲートを有するEEPROM
のメモリセルアレイを示す平面図であり、図9は電荷蓄
積層として積層絶縁膜を有するMONOS構造であるメ
モリセルアレイを、図10は電荷蓄積層としてMISキ
ャパシタを有するDRAM構造であるメモリセルアレイ
を、図11は電荷蓄積層としてMISトランジスタを有
するSRAM構造であるメモリセルアレイを示す平面図
である。なお、これらの図においては、メモリセルを選
択するためのゲート電極(以下「選択ゲート」と記す)
として第二の配線又は第五の配線である選択ゲート線、
第三の配線である制御ゲート線、第四の配線であるビッ
ト線及び第一の配線であるソース線のレイアウトを含め
て説明する。
Implementation in plan view of a memory cell array
Modes A plan view of a memory cell array in a semiconductor memory device of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 8
Is an EEPROM having a floating gate as a charge storage layer
9 is a plan view showing a memory cell array of FIG. 9, FIG. 9 is a memory cell array having a MONOS structure having a laminated insulating film as a charge storage layer, and FIG. 11 is a plan view showing a memory cell array having an SRAM structure having a MIS transistor as a charge storage layer. In these figures, a gate electrode for selecting a memory cell (hereinafter referred to as "selection gate")
As the second wiring or the fifth wiring as a selection gate line,
The layout of the control gate line which is the third wiring, the bit line which is the fourth wiring, and the source line which is the first wiring will be described.

【0023】まず、電荷蓄積層として浮遊ゲートを有す
るEEPROMのメモリセルアレイを示す平面図につい
て説明する。図1は、メモリセルを形成する円柱状の島
状半導体部が、例えば二種の平行線が直交する交点へそ
れぞれ配置するような配列をなし、各々のメモリセルを
選択、制御するための第一の配線層及び第二の配線層及
び第三の配線層及び第四の配線層は、基板面に対し平行
に配置されているメモリセルアレイを示す。また、第四
の配線層840と交差する方向であるA―A’方向と第
四の配線層840方向であるB―B’方向で島状半導体
部の配置間隔を変えることにより、各々のメモリセルの
制御ゲートである第二の導電膜が一方向に、図1ではA
―A’方向に、連続して形成され第三の配線層となる。
同様に選択ゲート・トランジスタのゲートである第二の
導電膜が一方向に連続して形成されて第二の配線層とな
る。さらに、島状半導体部の基板側に配置されてなる第
一の配線層と電気的に接続するための端子を、例えば図
1のA―A’方向に接続するメモリセルのA’側の端部
に設け、第二の配線層及び第三の配線層と電気的に接続
するための端子を、例えば図1のA―A’方向に接続す
るメモリセルのA側の端部に設け、島状半導体部の基板
とは反対側に配置されてなる第四の配線層840とはメ
モリセルを形成する円柱状の島状半導体部のそれぞれに
電気的に接続しており、例えば図1では、第二の配線層
及び第三の配線層と交差する方向に第四の配線層840
が形成されている。また、第一の配線層と電気的に接続
するための端子は、島状半導体部で形成されており、第
二の配線層及び第三の配線層と電気的に接続するための
端子は、島状半導体部に被覆されてなる第二の導電膜で
形成されている。第一の配線層、第二の配線層及び第三
の配線層と電気的に接続するための端子は、それぞれ第
一のコンタクト部910、第二のコンタクト部921、
924、第三のコンタクト部932、933と接続して
いる。
First, a plan view showing a memory cell array of an EEPROM having a floating gate as a charge storage layer will be described. FIG. 1 shows an arrangement in which columnar island-shaped semiconductor portions forming memory cells are arranged, for example, at respective intersections of two kinds of parallel lines, and a first memory cell for selecting and controlling each memory cell is formed. The first wiring layer, the second wiring layer, the third wiring layer, and the fourth wiring layer represent memory cell arrays arranged in parallel to the substrate surface. Further, by changing the arrangement interval of the island-shaped semiconductor portions in the AA ′ direction which is the direction intersecting with the fourth wiring layer 840 and the BB ′ direction which is the direction of the fourth wiring layer 840, each memory is changed. The second conductive film which is the control gate of the cell is unidirectionally
The third wiring layer is formed continuously in the −A ′ direction.
Similarly, the second conductive film which is the gate of the select gate transistor is continuously formed in one direction to form the second wiring layer. Further, a terminal for electrically connecting to the first wiring layer disposed on the substrate side of the island-shaped semiconductor portion is connected to, for example, the AA ′ direction in FIG. And a terminal for electrically connecting to the second wiring layer and the third wiring layer is provided at an end portion on the A side of the memory cell connected in the AA ′ direction in FIG. The fourth wiring layer 840 arranged on the side opposite to the substrate of the semiconductor island portion is electrically connected to each of the cylindrical island semiconductor portions forming the memory cell. For example, in FIG. A fourth wiring layer 840 is formed in a direction intersecting the second wiring layer and the third wiring layer.
Are formed. The terminal for electrically connecting to the first wiring layer is formed of an island-shaped semiconductor portion, and the terminal for electrically connecting to the second wiring layer and the third wiring layer is It is formed of a second conductive film which covers the island-shaped semiconductor portion. The terminals for electrically connecting to the first wiring layer, the second wiring layer and the third wiring layer are respectively the first contact portion 910, the second contact portion 921,
924 and the third contact portions 932 and 933.

【0024】図1では、第一のコンタクト部910を介
して第一の配線層810が半導体記憶装置上面に引き出
されている。なお、メモリセルを形成する円柱状の島状
半導体部の配列は図1のような配列でなくてもよく、上
述のような配線層の位置関係や電気的な接続関係があれ
ば、メモリセルを形成する円柱状の島状半導体部の配列
は限定されない。第一のコンタクト部910に接続され
てなる島状半導体部は、図1ではA―A’方向に接続す
るメモリセルのA’側の全ての端部に配置されている
が、A側の端部の一部又は全てに配置してもよいし、第
四の配線層840と交差する方向であるA―A’方向に
接続するメモリセルを形成している島状半導体部のいず
れかに配置していてもよい。また、第二のコンタクト部
921や924、第三のコンタクト部932、933に
接続されてなる第二の導電膜で被覆される島状半導体部
は、第一のコンタクト部910が配置されない側の端部
に配置してもよいし、第一のコンタクト部910が配置
される側の端部に連続して配置してもよいし、第四の配
線層840と交差する方向であるA―A’方向に接続す
るメモリセルを形成している島状半導体部のいずれかに
配置していてもよいし、第二のコンタクト部921や9
24、第三のコンタクト部932などを分割して配置し
てもよい。第一の配線層810や第四の配線層840
は、所望の配線が得られれば幅や形状は問わない。
In FIG. 1, the first wiring layer 810 is drawn out to the upper surface of the semiconductor memory device via the first contact portion 910. Note that the columnar island-shaped semiconductor portions forming the memory cells do not have to be arranged as shown in FIG. 1, and the memory cells may be arranged as long as the above-mentioned positional relationship of wiring layers and electrical connection are provided. The array of the cylindrical island-shaped semiconductor portions forming the is not limited. The island-shaped semiconductor portion connected to the first contact portion 910 is arranged at all end portions on the A ′ side of the memory cells connected in the AA ′ direction in FIG. May be arranged in a part or all of the part, or in any of the island-shaped semiconductor parts forming the memory cells connected in the AA ′ direction which is the direction intersecting with the fourth wiring layer 840. You may have. Further, the island-shaped semiconductor portion covered with the second conductive film connected to the second contact portions 921 and 924 and the third contact portions 932 and 933 is located on the side where the first contact portion 910 is not arranged. It may be arranged at the end portion, may be arranged continuously at the end portion on the side where the first contact portion 910 is arranged, or may be a direction crossing the fourth wiring layer 840 AA It may be arranged in any of the island-shaped semiconductor portions forming the memory cells connected in the direction ', and the second contact portions 921 and 9 are formed.
24, the third contact portion 932 and the like may be arranged separately. First wiring layer 810 and fourth wiring layer 840
May have any width and shape as long as a desired wiring can be obtained.

【0025】また、島状半導体部の基板側に配置されて
なる第一の配線層が第二の導電膜で形成されてなる第二
の配線層及び第三の配線層と自己整合で形成される場
合、第一の配線層と電気的に接続するための端子となる
島状半導体部が第二の導電膜で形成されてなる第二の配
線層及び第三の配線層と電気的には分離されているが、
絶縁膜を介して接する状態であることを有する。例えば
図1では、第一のコンタクト部910が接続している島
状半導体部側面の一部に絶縁膜を介して第一の導電膜が
形成されており、第一の導電膜はメモリセルを形成して
いる島状半導体部との間に配置されており、第一の導電
膜の側面に絶縁膜を介して第二の導電膜が形成されてお
り、第二の導電膜が第四の配線層840と交差する方向
であるA―A’方向に、連続して形成されてなる第二の
配線層及び第三の配線層と接続されている。このとき、
該島状半導体部側面に形成される第一および第二の導電
膜の形状は問わない。また、第一の配線層と電気的に接
続するための端子となる島状半導体部とメモリセルが形
成されている島状半導体部にある第一の導電膜との距離
を、例えば第二の導電膜の膜厚の2倍以下とすることに
より、第一の配線層と電気的に接続するための端子とな
る該島状半導体部の側面の第一の導電膜を全て取り除い
てもよい。
Further, the first wiring layer arranged on the substrate side of the island-shaped semiconductor portion is formed in self-alignment with the second wiring layer and the third wiring layer formed of the second conductive film. In this case, the island-shaped semiconductor portion serving as a terminal for electrically connecting to the first wiring layer is electrically connected to the second wiring layer and the third wiring layer formed of the second conductive film. Although separated,
It may be in contact with the insulating film. For example, in FIG. 1, the first conductive film is formed on a part of the side surface of the island-shaped semiconductor portion to which the first contact portion 910 is connected via an insulating film, and the first conductive film forms a memory cell. The second conductive film is formed between the island-shaped semiconductor portion and the second conductive film, and the second conductive film is formed on the side surface of the first conductive film with an insulating film interposed therebetween. The second wiring layer and the third wiring layer, which are continuously formed, are connected to each other in the AA ′ direction which is a direction intersecting with the wiring layer 840. At this time,
The shapes of the first and second conductive films formed on the side surfaces of the island-shaped semiconductor portion do not matter. In addition, the distance between the island-shaped semiconductor portion serving as a terminal for electrically connecting to the first wiring layer and the first conductive film in the island-shaped semiconductor portion where the memory cell is formed is set to, for example, the second By setting the thickness of the conductive film to twice or less, it is possible to remove all the first conductive film on the side surface of the island-shaped semiconductor portion, which serves as a terminal for electrically connecting to the first wiring layer.

【0026】図1では、第二及び第三のコンタクト部
は、島状半導体部頂上部を覆うように形成した第二の導
電膜521〜524の上に形成しているが、各々接続で
きるのならば、第二及び第三の配線層の形状は問わな
い。なお、図1では、選択ゲート・トランジスタ及び第
三の電極である多結晶シリコン膜530は複雑になるた
め省略している。また、製造工程例に用いる断面、すな
わちA―A’断面、B―B’断面、C―C’断面、D―
D’断面、E―E’断面、F―F’断面を併記してい
る。
In FIG. 1, the second and third contact portions are formed on the second conductive films 521 to 524 formed so as to cover the tops of the island-shaped semiconductor portions, but they can be connected to each other. Then, the shapes of the second and third wiring layers do not matter. In FIG. 1, the select gate transistor and the polycrystalline silicon film 530 that is the third electrode are omitted because they are complicated. Further, the cross sections used in the manufacturing process examples, that is, the AA 'cross section, the BB' cross section, the CC 'cross section, the D-
The D'section, the EE 'section, and the FF' section are also shown.

【0027】図2は、メモリセルを形成する円柱状の島
状半導体部が、例えば二種の平行線が直交せずに交差し
た点へそれぞれ配置するような配列をなし、各々のメモ
リセルを選択、制御するための第一の配線層及び第二の
配線層及び第三の配線層及び第四の配線層は、基板表面
に対し平行に配置されているメモリセルアレイを示す。
また、第四の配線層840と交差する方向であるA―
A’方向と図中のB―B’方向で島状半導体部の配置間
隔を変えることにより、各々のメモリセルの制御ゲート
である第二の導電膜が一方向に、図2ではA―A’方向
に、連続して形成され第三の配線層となる。同様に選択
ゲート・トランジスタのゲートである第二の導電膜が一
方向に連続して形成されて第二の配線層となる。さら
に、島状半導体部の基板側に配置されてなる第一の配線
層と電気的に接続するための端子を、例えば図2のA―
A’方向に接続するメモリセルのA’側の端部に設け、
第二の配線層及び第三の配線層と電気的に接続するため
の端子を、例えば図2のA―A’方向に接続するメモリ
セルのA側の端部に設け、島状半導体部の基板とは反対
側に配置されてなる第四の配線層840とは、メモリセ
ルを形成する円柱状の島状半導体部のそれぞれに電気的
に接続しており、例えば図2では、第二の配線層及び第
三の配線層と交差する方向に第四の配線層840が形成
されている。また、第一の配線層と電気的に接続するた
めの端子は島状半導体部で形成されており、第二の配線
層及び第三の配線層と電気的に接続するための端子は、
島状半導体部に被覆されてなる第二の導電膜で形成され
ている。第一の配線層、第二の配線層及び第三の配線層
と電気的に接続するための端子は、それぞれ第一のコン
タクト部910、第二のコンタクト部921、924、
第三のコンタクト部932、933と接続している。
In FIG. 2, the columnar island-shaped semiconductor portions forming the memory cells are arranged so that, for example, two kinds of parallel lines are arranged at the intersections of the parallel lines, which are not orthogonal to each other. The first wiring layer, the second wiring layer, the third wiring layer, and the fourth wiring layer for selecting and controlling represent a memory cell array arranged parallel to the substrate surface.
In addition, A− that is a direction intersecting with the fourth wiring layer 840
By changing the arrangement interval of the island-shaped semiconductor portions in the A ′ direction and the BB ′ direction in the figure, the second conductive film which is the control gate of each memory cell is unidirectional, and in FIG. The third wiring layer is formed continuously in the 'direction. Similarly, the second conductive film which is the gate of the select gate transistor is continuously formed in one direction to form the second wiring layer. Further, a terminal for electrically connecting to the first wiring layer arranged on the substrate side of the island-shaped semiconductor portion is connected to, for example, A- in FIG.
Provided at the end on the A ′ side of the memory cell connected in the A ′ direction,
A terminal for electrically connecting to the second wiring layer and the third wiring layer is provided, for example, at the end on the A side of the memory cell connected in the AA ′ direction in FIG. The fourth wiring layer 840 arranged on the side opposite to the substrate is electrically connected to each of the columnar island-shaped semiconductor portions forming the memory cell. For example, in FIG. A fourth wiring layer 840 is formed in a direction intersecting the wiring layer and the third wiring layer. Further, the terminal for electrically connecting to the first wiring layer is formed of the island-shaped semiconductor portion, and the terminal for electrically connecting to the second wiring layer and the third wiring layer is
It is formed of a second conductive film which covers the island-shaped semiconductor portion. The terminals for electrically connecting to the first wiring layer, the second wiring layer, and the third wiring layer are respectively the first contact portion 910, the second contact portions 921, 924,
It is connected to the third contact portions 932 and 933.

【0028】さらに、図2では、第一のコンタクト部9
10を介して第一の配線層810が半導体記憶装置上面
に引き出されている。なお、メモリセルを形成する円柱
状の島状半導体部の配列は、図2のような配列でなくて
もよく、上述のような配線層の位置関係や電気的な接続
関係があればメモリセルを形成する円柱状の島状半導体
部の配列は限定しない。なお、第一のコンタクト部91
0に接続されてなる島状半導体部は、図2ではA―A’
方向に接続するメモリセルのA’側の全ての端部に配置
されているが、A側の端部の一部又は全てに配置しても
よいし、第四の配線層840と交差する方向であるA―
A’方向に接続するメモリセルを形成している島状半導
体部のいずれかに配置していてもよい。また、第二のコ
ンタクト部921や924、第三のコンタクト部93
2、933に接続されてなる第二の導電膜で被覆される
島状半導体部は、第一のコンタクト部910が配置され
てない側の端部に配置してもよいし、第一のコンタクト
部910が配置される側の端部に連続して配置してもよ
いし、第四の配線層840と交差する方向であるA―
A’方向に接続するメモリセルを形成している島状半導
体部のいずれかに配置していてもよいし、第二のコンタ
クト部921や924、第三のコンタクト部932など
を分割して配置してもよい。第一の配線層810や第四
の配線層840は所望の配線が得られれば幅や形状は問
わない。また、島状半導体部の基板側に配置されてなる
第一の配線層が第二の導電膜で形成されてなる第二の配
線層及び第三の配線層と自己整合で形成される場合、第
一の配線層と電気的に接続するための端子となる島状半
導体部は、第二の導電膜で形成されてなる第二の配線層
及び第三の配線層と電気的には分離されているが、絶縁
膜を介して接する状態であることを有する。例えば図2
では、第一のコンタクト部910が接続している島状半
導体部側面の一部に絶縁膜を介して第一の導電膜が形成
されており、該第一の導電膜はメモリセルを形成してい
る島状半導体部との間に配置されており、該第一の導電
膜の側面に絶縁膜を介して第二の導電膜が形成されてお
り、該第二の導電膜は第四の配線層840と交差する方
向であるA―A’方向に、連続して形成されてなる第二
の配線層及び第三の配線層と接続されている。該島状半
導体部側面に形成される第一および第二の導電膜の形状
は問わない。また、第一の配線層と電気的に接続するた
めの端子となる島状半導体部とメモリセルが形成されて
いる島状半導体部にある第一の導電膜との距離を、例え
ば第二の導電膜の膜厚の2倍以下とすることにより、第
一の配線層と電気的に接続するための端子となる該島状
半導体部の側面の第一の導電膜を全て取り除いてもよ
い。
Further, in FIG. 2, the first contact portion 9
The first wiring layer 810 is drawn out to the upper surface of the semiconductor memory device via 10. Note that the columnar island-shaped semiconductor portions forming the memory cells do not have to be arranged as shown in FIG. 2, but the memory cells may be arranged as long as there is a positional relationship between wiring layers and an electrical connection relationship as described above. The arrangement of the cylindrical island-shaped semiconductor portions forming the is not limited. The first contact portion 91
The island-shaped semiconductor portion connected to 0 is AA ′ in FIG.
Although it is arranged at all the end portions on the A ′ side of the memory cells connected in the direction, it may be arranged at a part or all of the end portion on the A side, or in the direction intersecting with the fourth wiring layer 840. Is A-
It may be arranged in any of the island-shaped semiconductor portions forming the memory cells connected in the A ′ direction. In addition, the second contact portions 921 and 924, the third contact portion 93
The island-shaped semiconductor portion which is connected to the second conductive film 2933 and is covered with the second conductive film may be disposed at an end portion on the side where the first contact portion 910 is not disposed, or the first contact portion 910. The part 910 may be continuously arranged at the end on the side where the part 910 is arranged, or may be a direction intersecting with the fourth wiring layer 840 A−
It may be arranged in any of the island-shaped semiconductor portions forming the memory cells connected in the A ′ direction, or the second contact portions 921 and 924, the third contact portion 932, etc. are divided and arranged. You may. The width and shape of the first wiring layer 810 and the fourth wiring layer 840 are not limited as long as desired wiring can be obtained. When the first wiring layer arranged on the substrate side of the island-shaped semiconductor portion is formed in a self-aligned manner with the second wiring layer and the third wiring layer formed of the second conductive film, The island-shaped semiconductor portion serving as a terminal for electrically connecting to the first wiring layer is electrically separated from the second wiring layer and the third wiring layer formed of the second conductive film. However, they may be in contact with each other through the insulating film. Figure 2
Then, a first conductive film is formed on a part of the side surface of the island-shaped semiconductor portion to which the first contact portion 910 is connected via an insulating film, and the first conductive film forms a memory cell. A second conductive film is formed on the side surface of the first conductive film with an insulating film interposed therebetween, and the second conductive film is a fourth conductive film. The second wiring layer and the third wiring layer, which are continuously formed, are connected in the AA ′ direction which is a direction intersecting the wiring layer 840. The shapes of the first and second conductive films formed on the side surfaces of the island-shaped semiconductor portion do not matter. In addition, the distance between the island-shaped semiconductor portion serving as a terminal for electrically connecting to the first wiring layer and the first conductive film in the island-shaped semiconductor portion where the memory cell is formed is set to, for example, the second By setting the thickness of the conductive film to twice or less, it is possible to remove all the first conductive film on the side surface of the island-shaped semiconductor portion, which serves as a terminal for electrically connecting to the first wiring layer.

【0029】図2では、第二及び第三のコンタクト部
は、島状半導体部頂上部を覆うように形成した第二の導
電膜2521〜2524の上に形成しているが、各々接
続できるのならば第二及び第三の配線層の形状は問わな
い。また、選択ゲート・トランジスタは複雑になるため
省略している。さらに、製造工程例に用いる断面、すな
わちA―A’断面、 B―B’断面を併記している。
In FIG. 2, the second and third contact portions are formed on the second conductive films 2521 to 2524 formed so as to cover the tops of the island-shaped semiconductor portions, but they can be connected to each other. Then, the shapes of the second and third wiring layers do not matter. The select gate transistor is omitted because it is complicated. Further, the cross sections used in the manufacturing process examples, that is, the AA 'cross section and the BB' cross section are also shown.

【0030】図3及び図4は、図1及び図2に対し、メ
モリセルを形成する島状半導体部の断面形状が四角形で
あった場合の例として、図3と図4とで配置している向
きがそれぞれ異なっている例をそれぞれ示している。な
お、島状半導体部の断面形状は円形や四角形に限らな
い。例えば楕円形や六角形又は八角形などでもよい。た
だし、島状半導体部の大きさが加工限界近くである場合
には、設計時に四角形や六角形や八角形など角をもつも
のであっても、フォト工程やエッチング工程などにより
角が丸みを帯び、島状半導体部の断面形状が円形や楕円
形に近づく。図3及び図4では、選択ゲート・トランジ
スタは複雑になるため省略している。
3 and 4 are different from FIGS. 1 and 2 in that the island-shaped semiconductor portion forming the memory cell has a quadrangular cross-sectional shape. Examples of different directions are shown. The cross-sectional shape of the island-shaped semiconductor portion is not limited to a circle or a quadrangle. For example, it may be oval, hexagonal or octagonal. However, if the size of the island-shaped semiconductor part is near the processing limit, even if it has a corner such as a square, hexagon, or octagon at the time of design, the corner will be rounded due to the photo process or etching process. The cross-sectional shape of the island-shaped semiconductor portion approaches a circle or an ellipse. In FIGS. 3 and 4, the select gate transistor is omitted because it is complicated.

【0031】図5は、図1に対し、メモリセルを形成す
る島状半導体部に直列に形成するメモリセルの数を2つ
とし、選択ゲート・トランジスタを形成しない場合の例
を示している。図5では、製造工程例に用いる断面、す
なわちA―A’断面、 B―B’断面を併記している。
In contrast to FIG. 1, FIG. 5 shows an example in which the number of memory cells formed in series in the island-shaped semiconductor portion forming the memory cells is two and no select gate transistor is formed. In FIG. 5, the cross sections used in the manufacturing process example, that is, the AA ′ cross section and the BB ′ cross section are also shown.

【0032】図6は、図1に対し、メモリセルを形成す
る島状半導体部の断面形状が円形でなく、楕円であると
きの例として、楕円の長軸の向きがB―B’方向である
例を示す。
FIG. 6 shows an example in which the cross-sectional shape of the island-shaped semiconductor portion forming the memory cell is not a circle but an ellipse as compared with FIG. Here is an example.

【0033】図7は、図6に対し、楕円の長軸の向きが
A―A’方向である場合を示す。この楕円の長軸の向き
はA―A’方向及びB―B’方向に限らず、どの方向に
向いていてもよい。また、図6及び図7では、選択ゲー
ト・トランジスタは複雑になるため省略している。
FIG. 7 shows a case in which the direction of the major axis of the ellipse is the AA 'direction with respect to FIG. The direction of the major axis of this ellipse is not limited to the AA 'direction and the BB' direction, but may be any direction. Further, in FIGS. 6 and 7, the select gate transistor is omitted because it is complicated.

【0034】図8は、図2に対し、コンタクトをとる領
域で第二の導電膜である多結晶シリコン521〜524
を階段状に形成し、所望の配線層より上部にある絶縁膜
等を異方性エッチングにより除去し、所望の配線層にコ
ンタクト部を形成した際の例として、隣接する第二、第
三の配線層の引き出し部に共通のコンタクト部を形成し
ている。また、各配線層に独立のコンタクト部を形成し
てもよい。図8では、製造例に用いる断面、すなわちH
―H’断面、 I1−I1’断面〜I5―I5’断面を
併記している。なお、図1〜図8に示した配置及び構造
は種々組み合わせて用いることができる。
In contrast to FIG. 2, FIG. 8 shows polycrystalline silicon 521 to 524 which is the second conductive film in a region where a contact is made.
Is formed stepwise, and the insulating film and the like above the desired wiring layer are removed by anisotropic etching to form a contact portion in the desired wiring layer. A common contact portion is formed in the lead portion of the wiring layer. Also, an independent contact portion may be formed in each wiring layer. In FIG. 8, the cross section used in the manufacturing example, that is, H
-H 'cross section, I1-I1' cross section to I5-I5 'cross section are shown together. The arrangements and structures shown in FIGS. 1 to 8 can be used in various combinations.

【0035】図9は、例えばMONOS構造のように電
荷蓄積層に積層絶縁膜を用いた場合の例を示しており、
電荷蓄積層が浮遊ゲートから積層絶縁膜に代わったこと
以外は図1と同様である。図9では、製造工程例に用い
る断面、すなわちA―A’断面、B―B’断面を併記し
ている。また、図9では、選択ゲート・トランジスタは
複雑になるため省略している。
FIG. 9 shows an example in which a laminated insulating film is used for the charge storage layer as in the MONOS structure,
The charge storage layer is the same as that shown in FIG. 1 except that the floating gate is replaced by a laminated insulating film. In FIG. 9, the cross sections used in the manufacturing process example, that is, the AA ′ cross section and the BB ′ cross section are shown together. Also, in FIG. 9, the select gate transistor is omitted because it is complicated.

【0036】図10は、例えばDRAMのように電荷蓄
積層としてMISキャパシタを用いた場合の例を示して
おり、電荷蓄積層が浮遊ゲートからMISキャパシタに
代えて、ビット線とソース線が平行に配置されること以
外は図1と同様である。図10では、製造工程例に用い
る断面、すなわちA―A’断面、B―B’断面を併記し
ている。
FIG. 10 shows an example in which a MIS capacitor is used as a charge storage layer as in a DRAM, for example. The charge storage layer is changed from the floating gate to the MIS capacitor, and the bit line and the source line are parallel to each other. It is the same as FIG. 1 except that it is arranged. In FIG. 10, the cross sections used in the manufacturing process example, that is, the AA ′ cross section and the BB ′ cross section are shown together.

【0037】図11は、例えばSRAMのように電荷蓄
積層としてMISトランジスタを用いた場合の例を示し
ている。図11はメモリセルを形成する円柱状の島状半
導体部が、例えば二種の平行線が直交する交点へそれぞ
れ配置するような配列をなし、各々のメモリセルを選
択、制御するための不純物拡散層3721からなる第一
の配線層、制御ゲート3514からなる第三の配線層、
ビット線となる第四の配線層は基板表面に対し平行に配
置されているメモリセルアレイを示す。第二の導電膜3
512および第三の導電膜3513からなる第二の配線
層3840は、基板表面に対して垂直方向及び水平方向
の二方向に配線されている。各々接続できるのならば第
二、第三及び第四の配線層の形状は問わない。また、図
11では、製造工程例に用いる断面、すなわち、J1−
J1’断面、J2−J2’断面、K1−K1’断面およ
びK2−K2’断面を併記している。なお、図11で
は、複雑になるため第一の配線層3710、第一の配線
層3850およびこれら配線層と電気的に接続するため
の端子、第5の配線層3850は省略した。また、島状
半導体層3110と各配線層を区別するため、島状半導
体層の形状を円形にしているが、この限りでなく、その
逆であってもよい。
FIG. 11 shows an example in which a MIS transistor is used as a charge storage layer as in SRAM. FIG. 11 shows an arrangement in which cylindrical island-shaped semiconductor portions forming memory cells are arranged, for example, at intersections where two types of parallel lines intersect each other, and impurity diffusion for selecting and controlling each memory cell is performed. A first wiring layer formed of the layer 3721, a third wiring layer formed of the control gate 3514,
The fourth wiring layer serving as a bit line represents a memory cell array arranged parallel to the substrate surface. Second conductive film 3
The second wiring layer 3840 including the 512 and the third conductive film 3513 is wired in two directions, a vertical direction and a horizontal direction, with respect to the substrate surface. The shapes of the second, third and fourth wiring layers do not matter as long as they can be connected to each other. Further, in FIG. 11, a cross section used in the manufacturing process example, that is, J1-
The J1 ′ cross section, the J2-J2 ′ cross section, the K1-K1 ′ cross section and the K2-K2 ′ cross section are also shown. Note that in FIG. 11, the first wiring layer 3710, the first wiring layer 3850, terminals for electrically connecting to these wiring layers, and the fifth wiring layer 3850 are omitted because they are complicated. Further, in order to distinguish the island-shaped semiconductor layer 3110 from each wiring layer, the shape of the island-shaped semiconductor layer is circular, but the shape is not limited to this, and the opposite may be applied.

【0038】メモリセルアレイの断面図における実施の
形態 電荷蓄積層として浮遊ゲートを有する半導体記憶装置の
断面図を、図12〜図39に示す。これらのうち、偶数
の図面は図1のA−A’断面図、奇数の図面はB−B’
断面図を示す。
Implementation in cross-section of a memory cell array
Morphology Sectional views of a semiconductor memory device having a floating gate as a charge storage layer are shown in FIGS. Among these, the even numbered drawing is the AA 'sectional view of FIG. 1, and the odd numbered drawing is the BB'.
A sectional view is shown.

【0039】本発明の半導体記憶装置は、p型シリコン
基板100上に複数の柱状をなした島状半導体層110
がマトリクス配列され、これら各島状半導体層110の
上部と下部に選択ゲートとなる第二の電極又は第五の電
極を有するトランジスタを配置し、選択ゲート・トラン
ジスタに挟まれてメモリ・トランジスタを複数個、図1
2〜図39では、例えば2個配置し、各々トランジスタ
を該島状半導体層に沿って直列に接続した構造である。
すなわち、島状半導体層間の溝底部に所定厚みの第八の
絶縁膜であるシリコン酸化膜460が配置され、島状半
導体層110の周囲を取り囲むように、島状半導体層側
壁にゲート絶縁膜厚を介して選択ゲート500が配置さ
れて選択ゲート・トランジスタとし、該選択ゲート・ト
ランジスタ上方に島状半導体層110の周囲を取り囲む
ように、島状半導体層側壁に第三の絶縁膜であるシリコ
ン酸化膜420を介して浮遊ゲート510が配置され、
さらにその外側に複層膜からなる層間絶縁膜610を介
して制御ゲート520が配置されてメモリ・トランジス
タとした構造となっている。さらに、該メモリ・トラン
ジスタを同様に複数個配置した上方に、選択ゲートとな
る第五の電極500を有するトランジスタを配置する。
In the semiconductor memory device of the present invention, a plurality of pillar-shaped island-shaped semiconductor layers 110 are formed on the p-type silicon substrate 100.
Are arranged in a matrix, and a transistor having a second electrode or a fifth electrode serving as a selection gate is arranged above and below each of the island-shaped semiconductor layers 110, and a plurality of memory transistors are sandwiched between the selection gate transistors. Fig. 1
In FIGS. 2 to 39, for example, two transistors are arranged and each transistor is connected in series along the island-shaped semiconductor layer.
That is, the silicon oxide film 460, which is an eighth insulating film having a predetermined thickness, is arranged at the bottom of the groove between the island-shaped semiconductor layers, and the gate insulating film thickness is formed on the sidewalls of the island-shaped semiconductor layer so as to surround the periphery of the island-shaped semiconductor layer 110. A selection gate 500 is disposed via a gate to form a selection gate transistor, and silicon oxide, which is a third insulating film, is formed on the sidewall of the island semiconductor layer so as to surround the island semiconductor layer 110 above the selection gate transistor. A floating gate 510 is disposed through the film 420,
Further, a control gate 520 is disposed on the outer side of the control gate 520 via an interlayer insulating film 610 made of a multi-layered film to form a memory transistor. Further, a transistor having a fifth electrode 500 serving as a selection gate is arranged above the plurality of memory transistors similarly arranged.

【0040】また、選択ゲート500および制御ゲート
520は、図1および図13に示すように、一方向の複
数のトランジスタについて連続的に配設されて、第二の
配線又は第五の配線である選択ゲート線および第三の配
線である制御ゲート線となっている。メモリセルの活性
領域が半導体基板に対してフローテイング状態となるよ
うに、半導体基板表面にメモリセルのソース拡散層71
0が配置され、さらに、各々のメモリセルの活性領域が
フローテイング状態となるように拡散層720が配置さ
れ、各島状半導体層110の上面には各メモリセル毎の
ドレイン拡散層725が配置されている。このように配
置されたメモリセルの間にはドレイン拡散層725の上
部が露出されるように第八の絶縁膜である酸化膜460
が配置され、制御ゲート線と交差する方向のメモリセル
のドレイン拡散層725を共通接続するビット線となる
Al配線840が配設されている。なお、図12では、
Al配線840はアライメントズレが生じた状態で配置
しているが、アライメントズレなく配置していることが
好ましい(以下同じ)。拡散層720の不純物濃度分布
は、均一であるよりも、例えば、不純物を島状半導体層
110に導入し、熱拡散処理を行うことにより、島状半
導体層110の表面から内側へ進む方向につれて徐々に
濃度が薄くなることが好ましい。これにより拡散層72
0と島状半導体層110との接合耐圧が向上し、かつ寄
生容量も減少する。また、同様にソース拡散層710の
不純物濃度分布についても半導体基板100の表面から
半導体基板内部へ進む方向につれて徐々に濃度が薄くな
ることが好ましい。これによりソース拡散層710と半
導体基板100との接合耐圧が向上し、かつ第一の配線
層における寄生容量も減少する。
Further, the select gate 500 and the control gate 520 are, as shown in FIGS. 1 and 13, continuously arranged for a plurality of transistors in one direction and are a second wiring or a fifth wiring. It serves as a selection gate line and a control gate line which is the third wiring. The source diffusion layer 71 of the memory cell is formed on the surface of the semiconductor substrate so that the active region of the memory cell is in a floating state with respect to the semiconductor substrate.
0 is further arranged, a diffusion layer 720 is arranged so that the active region of each memory cell is in a floating state, and a drain diffusion layer 725 for each memory cell is arranged on the upper surface of each island-shaped semiconductor layer 110. Has been done. An oxide film 460, which is an eighth insulating film, is exposed between the memory cells arranged in this manner so that the upper portion of the drain diffusion layer 725 is exposed.
And an Al wiring 840 serving as a bit line commonly connecting the drain diffusion layers 725 of the memory cells in the direction intersecting the control gate line. In addition, in FIG.
Although the Al wiring 840 is arranged in a state where the alignment is misaligned, it is preferable that the Al wiring 840 is arranged without the misalignment (the same applies hereinafter). The impurity concentration distribution of the diffusion layer 720 is not uniform, but, for example, by introducing impurities into the island-shaped semiconductor layer 110 and performing thermal diffusion treatment, the impurity concentration distribution gradually increases from the surface of the island-shaped semiconductor layer 110 toward the inside. It is preferable that the concentration becomes low. Thereby, the diffusion layer 72
The junction breakdown voltage between 0 and the island-shaped semiconductor layer 110 is improved, and the parasitic capacitance is also reduced. Similarly, regarding the impurity concentration distribution of the source diffusion layer 710, it is preferable that the impurity concentration distribution gradually decreases in the direction from the surface of the semiconductor substrate 100 to the inside of the semiconductor substrate. This improves the junction breakdown voltage between the source diffusion layer 710 and the semiconductor substrate 100, and also reduces the parasitic capacitance in the first wiring layer.

【0041】図12及び図13では、選択ゲート・トラ
ンジスタのゲート絶縁膜の膜厚がメモリ・トランジスタ
のゲート絶縁膜の膜厚と等しい場合の例を示す。図14
及び図15は、図12及び図13に対し、層間絶縁膜6
10を単層膜で形成した場合の例を示す。図16及び図
17は、図12及び図13に対し、メモリセルにおい
て、制御ゲート520の半導体基板に水平方向の膜厚が
浮遊ゲート510の水平方向の膜厚より厚く、第三の配
線層の低抵抗化が容易に行える場合の例を示す。図18
及び図19は、図12及び図13に対し、第三の絶縁膜
であるシリコン酸化膜420の表面が、島状半導体層1
10の周囲よりも外側へ位置する場合の例を示す。図2
0及び図21は、図12及び図13に対し、選択ゲート
・トランジスタのゲートを一回の導電膜の堆積で形成せ
ず、複数回、例えば2回の導電膜の堆積により形成する
場合の例を示す。図22及び図23は、図12及び図1
3に対し、メモリセルの制御ゲート520と浮遊ゲート
510の材料が異なる場合の例を示す。図24及び図2
5は、図12及び図13に対し、メモリセルの制御ゲー
ト520の外周の大きさと選択ゲート・トランジスタの
ゲート500の外周の大きさが異なる場合の例を示す。
図26及び図27は、選択ゲート・トランジスタのゲー
ト絶縁膜の膜厚がメモリ・トランジスタのゲート絶縁膜
厚より大きい場合の例を示す。図28及び図29は、図
26及び図27に対し、第三の絶縁膜であるシリコン酸
化膜420及び第十三の絶縁膜であるシリコン酸化膜4
80の表面が島状半導体層110の周囲よりも外側へ位
置する場合の例を示す。
12 and 13 show an example in which the film thickness of the gate insulating film of the select gate transistor is equal to the film thickness of the gate insulating film of the memory transistor. 14
15 and FIG. 15 are different from FIG. 12 and FIG.
An example in which 10 is formed of a single layer film is shown. 16 and 17 are different from FIGS. 12 and 13 in that in the memory cell, the thickness of the control gate 520 in the semiconductor substrate in the horizontal direction is larger than that of the floating gate 510 in the horizontal direction, and An example in which the resistance can be easily reduced will be shown. FIG.
19 and FIG. 19, the surface of the silicon oxide film 420, which is the third insulating film, is different from that of FIGS.
An example in the case of being located outside the periphery of 10 is shown. Figure 2
0 and 21 are different from FIGS. 12 and 13 in that the gate of the select gate transistor is not formed by depositing the conductive film once, but is formed by depositing the conductive film multiple times, for example, twice. Indicates. 22 and 23 are similar to FIGS.
3 shows an example in which the materials of the control gate 520 and the floating gate 510 of the memory cell are different. 24 and 2
5 shows an example in which the outer peripheral size of the control gate 520 of the memory cell and the outer peripheral size of the gate 500 of the select gate transistor are different from those in FIGS. 12 and 13.
26 and 27 show an example in which the thickness of the gate insulating film of the select gate transistor is larger than that of the memory transistor. 28 and 29 are different from FIGS. 26 and 27 in that the silicon oxide film 420 that is the third insulating film and the silicon oxide film 4 that is the thirteenth insulating film.
An example in which the surface of 80 is located outside the periphery of the island-shaped semiconductor layer 110 is shown.

【0042】図30及び図31は、各トランジスタの間
には拡散層720が配置されない場合の例を示す。図3
2及び図33は、拡散層720が配置されず、さらにメ
モリ・トランジスタおよび選択ゲート・トランジスタの
ゲート電極である500、510、520の間に配置す
る第三の電極である多結晶シリコン膜530を形成した
場合の例を示す。図34及び図35は、図32及び図3
3に対し、第三の電極である多結晶シリコン膜530の
底部や上端の位置がそれぞれ選択ゲート・トランジスタ
のゲート500の上端の位置と異なる場合の例を示す。
図36及び図37は、半導体基板100と島状半導体層
110とが接続されるようにソース拡散層710を配置
し、且つ隣り合うトランジスタの活性領域が接続される
ように拡散層720を配置した場合において、読み出し
又は消去時に与えられるソース拡散層710の電位と半
導体基板100に与えられる電位による電位差によりソ
ース拡散層710と半導体基板又は島状半導体層110
とからなるPN接合の半導体基板100又は島状半導体
層110側に形成される空乏層により島状半導体層11
0と半導体基板100とが電気的にフローテイング状態
になり、かつ拡散層720の電位と島状半導体層110
に与えられる電位による電位差により拡散層720と島
状半導体層110とからなるPN接合の島状半導体層1
10側に形成される空乏層により隣り合うトランジスタ
の活性領域が電気的に分離される場合の例を示す。図3
8及び図39は、島状半導体層110はソース拡散層7
10によりフローテイング状態となっているが、各々の
メモリセルの活性領域は拡散層720により電気的に分
離されていない場合の例を示す。
30 and 31 show an example in which the diffusion layer 720 is not arranged between the respective transistors. Figure 3
2 and FIG. 33, the diffusion layer 720 is not disposed, and the polycrystalline silicon film 530 that is the third electrode disposed between the gate electrodes 500, 510 and 520 of the memory transistor and the select gate transistor is shown. An example in the case of being formed is shown. 34 and 35 are the same as FIGS. 32 and 3.
3 shows an example in which the positions of the bottom and the top of the polycrystalline silicon film 530, which is the third electrode, are different from the position of the top of the gate 500 of the select gate transistor.
36 and 37, the source diffusion layer 710 is arranged so that the semiconductor substrate 100 and the island-shaped semiconductor layer 110 are connected, and the diffusion layer 720 is arranged so that the active regions of adjacent transistors are connected. In some cases, the source diffusion layer 710 and the semiconductor substrate or the island-shaped semiconductor layer 110 are caused by a potential difference between the potential of the source diffusion layer 710 given during reading or erasing and the potential given to the semiconductor substrate 100.
The island-shaped semiconductor layer 11 is formed by the depletion layer formed on the semiconductor substrate 100 or the island-shaped semiconductor layer 110 side of the PN junction composed of
0 and the semiconductor substrate 100 are in an electrically floating state, and the potential of the diffusion layer 720 and the island-shaped semiconductor layer 110.
The island-shaped semiconductor layer 1 of the PN junction composed of the diffusion layer 720 and the island-shaped semiconductor layer 110 due to the potential difference due to the potential applied to the
An example in which the active regions of adjacent transistors are electrically isolated by the depletion layer formed on the 10 side is shown. Figure 3
8 and 39, the island-shaped semiconductor layer 110 is the source diffusion layer 7.
Although the floating state is shown by 10, the active region of each memory cell is not electrically isolated by the diffusion layer 720.

【0043】電荷蓄積層として積層絶縁膜を有する半導
体記憶装置の断面図を、図40〜図51に示す。これら
のうち、偶数の図面は図9のA−A’断面図、奇数の図
面はB−B’断面図を示す。図40〜図51の半導体記
憶装置は、電荷蓄積層が浮遊ゲートから積層絶縁膜に代
わったこと以外は図12〜図35の半導体記憶装置と同
様である。また、図42及び図43は、図40及び図4
1に対し、選択ゲート・トランジスタのゲート膜厚より
も積層絶縁膜の膜厚が厚い場合を示す。図44及び図4
5は、図40及び図41に対し、選択ゲート・トランジ
スタのゲート膜厚よりも積層絶縁膜の膜厚が薄い場合の
例を示す。電荷蓄積層としてMISキャパシタ有する半
導体記憶装置の断面図を図52〜図57に示す。これら
のうち、偶数の図面は図10のA−A’断面図、奇数の
図面はB−B’断面図を示す。
40 to 51 are sectional views of a semiconductor memory device having a laminated insulating film as a charge storage layer. Among these, the even drawing shows the AA ′ sectional view of FIG. 9, and the odd drawing shows the BB ′ sectional view. The semiconductor memory device of FIGS. 40 to 51 is the same as the semiconductor memory device of FIGS. 12 to 35, except that the charge storage layer is replaced with the laminated insulating film from the floating gate. 42 and 43 are the same as FIGS.
On the other hand, the case where the film thickness of the laminated insulating film is thicker than the gate film thickness of the select gate transistor is shown for 1. 44 and 4
5 shows an example in which the film thickness of the laminated insulating film is thinner than the gate film thickness of the select gate transistor, as compared with FIGS. 52 to 57 are cross-sectional views of the semiconductor memory device having the MIS capacitor as the charge storage layer. Among these, the even numbered drawing shows the AA ′ sectional view of FIG. 10, and the odd numbered drawing shows the BB ′ sectional view.

【0044】図52〜図57の半導体記憶装置は、電荷
蓄積層が浮遊ゲートからMISキャパシタに代わり、拡
散層の配置がメモリキャパシタの側部に位置することお
よび第四の配線であるビット線と第一の配線ソース線が
平行に配置されること以外は、図12〜図29と同様で
ある。電荷蓄積層としてMISトランジスタ有する半導
体記憶装置の断面図を図58〜図61に示す。これら
は、それぞれ図11のJ1−J1’、J2−J2’、K
1−K1’およびK2−K2’の断面図を示す。図58
〜図61の半導体記憶装置は、p型シリコン基板310
0上に複数の柱状をなした島状半導体層3110がマト
リクス配列され、図58及び図60に示すように、これ
ら各島状半導体層3110の上部と下部にMISトラン
ジスタを2個配置し、各々トランジスタを該島状半導体
層に沿って直列に接続した構造となっている。つまり、
島状半導体層3110の周囲を取り囲むように、島状半
導体層側壁にゲート絶縁膜厚3431を介してメモリゲ
ート3511が配置され、該メモリゲート・トランジス
タ上方に島状半導体層3110の周囲を取り囲むよう
に、島状半導体層側壁にゲート絶縁膜厚3434を介し
て制御ゲートとなる第三の電極3514が配置された構
造となっている。また、制御ゲート3514は、図60
に示すように、一方向の複数のトランジスタについて連
続的に配設されて、第三の配線である制御ゲート線とな
っている。さらに、図58及び図60に示すように、半
導体基板面には、トランジスタの活性領域が半導体基板
に対してフローテイング状態となるように下段に配置さ
れるトランジスタの電気的に共通である第一の不純物拡
散層3710が配置され、各々のトランジスタの活性領
域がフローテイング状態となるように島状半導体層31
10に不純物拡散層3721が配置される。各々の島状
半導体層3110の上面には各メモリセル毎の不純物拡
散層3724が配置されている。これにより、各々トラ
ンジスタが島状半導体層3110に沿って直列に接続し
た構造となる。さらに、図58及び図60に示すよう
に、制御ゲート線と交差する方向のメモリセルの第二の
不純物拡散層3724を接続するビット線となる第四の
配線層3840が配設されている。この例では、一対の
島状半導体層で構成される4つのトランジスタおよび2
つの高抵抗素子によりメモリセルを構成しており、図5
8及び図60に示すように、メモリゲートである第一の
導電膜3511と対向する島状半導体層に配置されてな
る第二の不純物拡散層3721が第二の導電膜3512
および第三の導電膜3513を介して互いに接続される
ことにより構成される。
In the semiconductor memory device of FIGS. 52 to 57, the charge storage layer is changed from the floating gate to the MIS capacitor, the diffusion layer is arranged on the side of the memory capacitor, and the fourth wiring is the bit line. 12 to 29, except that the first wiring source lines are arranged in parallel. 58 to 61 are cross-sectional views of a semiconductor memory device having a MIS transistor as a charge storage layer. These are J1-J1 ', J2-J2' and K of FIG. 11, respectively.
1 shows a cross-sectional view of 1-K1 'and K2-K2'. Fig. 58
61 is a p-type silicon substrate 310.
A plurality of columnar island-shaped semiconductor layers 3110 are arranged in a matrix on 0, and as shown in FIGS. 58 and 60, two MIS transistors are arranged above and below each island-shaped semiconductor layer 3110. It has a structure in which transistors are connected in series along the island-shaped semiconductor layer. That is,
A memory gate 3511 is arranged on the sidewalls of the island-shaped semiconductor layer with a gate insulating film thickness 3431 so as to surround the island-shaped semiconductor layer 3110, and surrounds the island-shaped semiconductor layer 3110 above the memory gate transistor. In addition, a third electrode 3514 serving as a control gate is arranged on the sidewall of the island-shaped semiconductor layer with a gate insulating film thickness 3434 interposed therebetween. Also, the control gate 3514 is shown in FIG.
As shown in FIG. 7, a plurality of transistors in one direction are continuously arranged to form a control gate line which is a third wiring. Further, as shown in FIGS. 58 and 60, on the surface of the semiconductor substrate, a transistor which is electrically common to the transistors arranged in the lower stage so that the active region of the transistor is in a floating state with respect to the semiconductor substrate. Of the island-shaped semiconductor layer 31 such that the impurity diffusion layer 3710 of the transistor is arranged and the active region of each transistor is in a floating state.
Impurity diffusion layer 3721 is arranged in FIG. An impurity diffusion layer 3724 for each memory cell is arranged on the upper surface of each island-shaped semiconductor layer 3110. As a result, the transistors are connected in series along the island-shaped semiconductor layer 3110. Further, as shown in FIGS. 58 and 60, a fourth wiring layer 3840 serving as a bit line connecting the second impurity diffusion layer 3724 of the memory cell in the direction intersecting the control gate line is provided. In this example, four transistors and two transistors each composed of a pair of island-shaped semiconductor layers are provided.
The memory cell is composed of two high-resistance elements.
8 and FIG. 60, the second impurity diffusion layer 3721 formed in the island-shaped semiconductor layer facing the first conductive film 3511 which is the memory gate is the second conductive film 3512.
And a third conductive film 3513 through which they are connected to each other.

【0045】また、図59及び図61に示すように、そ
れぞれの島状半導体層3110に配置されてなる第二の
不純物拡散層3721に接続されてなる第三の導電膜3
513は、高抵抗素子となる不純物拡散層からなる第二
の配線層3120と接続され、各々第二の配線層312
0は電気的に共通な電極である第五の配線に接続されて
いる。第四の配線層3840方向に隣接するメモリセル
の電気的に共通である第一の不純物拡散層3710は、
分離絶縁膜である、例えば第十一の絶縁膜であるシリコ
ン酸化膜3471で電気的に分割されている。このよう
に配置されたメモリセルおよび配線の間には、例えば第
三の絶縁膜である酸化膜3420が配置されて互いに絶
縁されている。この例では、p型島状半導体層側壁に形
成された4つのトランジスタおよび2つの高抵抗素子に
よりメモリセルを構成したが、高抵抗素子に代えてn型
半導体上に形成されたトランジスタでもよく、所望の機
能を有することができれば構造はこれに限らない。
Further, as shown in FIGS. 59 and 61, the third conductive film 3 connected to the second impurity diffusion layers 3721 arranged in the respective island-shaped semiconductor layers 3110.
Reference numeral 513 is connected to the second wiring layer 3120 formed of an impurity diffusion layer which becomes a high resistance element, and each of the second wiring layers 312 is connected.
0 is connected to a fifth wiring which is an electrically common electrode. The first impurity diffusion layer 3710, which is electrically common to the memory cells adjacent in the direction of the fourth wiring layer 3840, is
It is electrically divided by a silicon oxide film 3471 which is an isolation insulating film, for example, an eleventh insulating film. An oxide film 3420, which is, for example, a third insulating film, is arranged between the memory cells and the wiring arranged in this way, and is insulated from each other. In this example, the memory cell is composed of four transistors and two high resistance elements formed on the sidewalls of the p-type island-shaped semiconductor layer, but a transistor formed on an n-type semiconductor may be used instead of the high resistance element. The structure is not limited to this as long as it can have a desired function.

【0046】メモリセルアレイの動作原理における実施
の形態 上記半導体記憶装置は、電荷蓄積層に蓄積される電荷の
状態によってメモリ機能を有する。以下に、電荷蓄積層
として浮遊ゲートを有するメモリセルアレイを一例に、
読み出し、書きこみ、消去について説明する。
Implementation in principle of operation of memory cell array
Form of the semiconductor memory device has a memory function depending on the state of charges accumulated in the charge accumulation layer. Below is an example of a memory cell array having a floating gate as a charge storage layer,
Read, write and erase will be described.

【0047】まず、読み出し動作について説明する。半
導体記憶装置のアレイ構造の一例として、ゲート電極と
して第2の電極を備えるトランジスタとゲート電極とし
て第5の電極を備えるトランジスタを選択ゲート・トラ
ンジスタとして有し、この選択ゲート・トランジスタの
間に電荷蓄積層を有し、制御ゲート電極として第3の電
極を備えるメモリセルを複数個、例えばL個(Lは正の
整数)、直列に接続した島状半導体層を有し、島状半導体
層を複数個、例えばM×N個(M、Nは正の整数)備える
場合で、かつ、メモリセルアレイにおいて、半導体基板に
平行に配置される複数、例えばM本の第4の配線が島状
半導体層の各々の一方の端部に接続し、他方の端部には
第1の配線が接続しており、また半導体基板に平行で、
かつ第4の配線と交差する方向に配置される複数個、例
えばN×L個の第3の配線がメモリセルの第3の電極と
接続し、第1の配線と第3の配線とが平行に配置した場
合の読出し手法の一例について述べる。上記メモリセル
アレイ構造の等価回路を図62に示し、メモリセルの書
込みの定義を、例えばメモリセルの閾値を0.5V以上、消
去の定義を、例えばメモリセルの閾値を−0.5V以下とし
た場合について述べる。読出し方法の一例として、図7
5に、読出しにおける各電極に与える電位のタイミング
の一例を示す。例えば、島状半導体層がP型半導体で形
成される読み出し動作は、全ての第1の配線(1-1〜1-
N)に0Vを与え、選択セルを含む島状半導体層に接続
する第四の電極と接続する第4の配線(4-i) (iは1≦i
≦Mの正の整数)に3Vを与え、これ以外の第4の配線
(≠4-i)に0Vを与え、選択セルに接続する第三の電
極と接続する第3の配線(3-j-h)(jは1≦j≦Nの正の整
数、hは1≦h≦Lの正の整数)に0Vを与え、第3の配線
(3-j-h)を除く第3の配線(≠3-j-h)には3Vを与
え、第二の電極と接続する第2の配線(2-j)に3Vを
与え、第五の電極と接続する第5の配線(5-j)に3V
を与え、第2の配線(2-j)を除く第2の配線(≠2-j)
若しくは第5の配線(5-j)を除く第5の配線(≠5-j)
の少なくともどちらか一方に0Vを与えることで、第4
の配線(4-i)を流れる電流もしくは第1の配線(1-j)
に流れる電流により“0”、“1”を判定する。このよ
うに複数のメモリセル部の上部と下部に選択ゲートを配
置することで、メモリセルトランジスタが過剰消去の状
態、すなわちしきい値が負の状態である場合に、非選択
セルが読み出しゲート電圧0Vでセル電流の流れる現象
の防止を行うことができる。
First, the read operation will be described. As an example of an array structure of a semiconductor memory device, a transistor including a second electrode as a gate electrode and a transistor including a fifth electrode as a gate electrode are provided as selection gate transistors, and charge accumulation is performed between the selection gate transistors. A plurality of memory cells each having a layer and including a third electrode as a control gate electrode, for example, L (L is a positive integer), an island-shaped semiconductor layer connected in series, and a plurality of island-shaped semiconductor layers. A plurality of, for example M × N, where M and N are positive integers, and in the memory cell array, a plurality of, for example, M fourth wirings arranged in parallel to the semiconductor substrate are island-shaped semiconductor layers. Connected to one end of each, the first wiring is connected to the other end, and parallel to the semiconductor substrate,
A plurality of, for example N × L, third wirings arranged in a direction intersecting with the fourth wiring are connected to the third electrode of the memory cell, and the first wiring and the third wiring are parallel to each other. An example of the reading method in the case of arranging the above will be described. An equivalent circuit of the memory cell array structure is shown in FIG. 62, and the definition of memory cell writing is, for example, the threshold value of the memory cell is 0.5 V or more, and the definition of erasing is, for example, the threshold value of the memory cell is −0.5 V or less. Describe. As an example of the reading method, FIG.
FIG. 5 shows an example of the timing of the potential applied to each electrode during reading. For example, in a read operation in which the island-shaped semiconductor layer is formed of a P-type semiconductor, all the first wirings (1-1 to 1-
N) is applied with 0 V, and the fourth wiring (4-i) is connected to the fourth electrode connected to the island-shaped semiconductor layer including the selected cell (i is 1 ≦ i
3V is applied to a positive integer of ≦ M, 0V is applied to the other fourth wiring (≠ 4-i), and the third wiring (3-jh connected to the third electrode connected to the selected cell) ) (J is a positive integer of 1 ≦ j ≦ N, h is a positive integer of 1 ≦ h ≦ L), and 0 V is applied to the third wiring (≠ 3-th) except the third wiring (3-jh). jh) is 3V, the second wiring (2-j) connected to the second electrode is 3V, and the fifth wiring (5-j) connected to the fifth electrode is 3V.
The second wiring (≠ 2-j) excluding the second wiring (2-j)
Or the fifth wiring (≠ 5-j) excluding the fifth wiring (5-j)
By applying 0V to at least one of the
Current flowing through the wiring (4-i) or the first wiring (1-j)
"0" or "1" is determined by the current flowing through the. By arranging the select gates above and below the plurality of memory cell parts in this way, when the memory cell transistor is in the over-erased state, that is, when the threshold value is in the negative state, the non-selected cells are read gate voltage. It is possible to prevent the cell current from flowing at 0V.

【0048】また、電荷蓄積層を有し、制御ゲート電極
として第3の電極を備えるメモリセルを2個直列に接続
した島状半導体層を有し、島状半導体層を複数個、例え
ばM×N個(M、Nは正の整数)備える場合で、かつ、メモ
リセルアレイにおいて、半導体基板に平行に配置される
複数、例えばM本の第4の配線が島状半導体層の各々の
一方の端部に接続し、他方の端部には第1の配線が接続
しており、また半導体基板に平行で、かつ第4の配線と
交差する方向に配置される複数個、例えばN×2個の第
3の配線はメモリセルの第3の電極と接続している場合
において、第1の配線を第3の配線と平行に配置したと
きの読み出し手法の一例について述べる。上記メモリセ
ルアレイ構造の等価回路を図63に示し、メモリセルの
書込みの定義を、例えばメモリセルの閾値を4V以上、消
去の定義を、例えばメモリセルの閾値を0.5V以上3V以下
とした場合について述べる。読出し方法の一例として、
図78に、読出しにおける各電極に与える電位のタイミ
ングの一例を示す。例えば島状半導体層がP型半導体で
形成される読み出し動作は、全ての第1の配線(1-1〜1-
N)に0Vを与え、選択セルを含む島状半導体層に接続
する第4の電極に接続する第4の配線(4-i) (iは1≦i
≦Mの正の整数)に3Vを与え、前記以外の第4の配線
(≠4-i)に0Vを与え、選択セルに接続する第3の電
極に接続する第3の配線(3-j-1)に5Vを与え、第3
の配線(3-j-2)には0Vを与え、第3の配線(3-j-1)
及び第3の配線(3-j-1)を除く第3の配線(≠3-j-1、
≠3-j-2)には0Vを与えることで、第4の配線(4-i)
を流れる電流もしくは第1の配線(1-j) (jは1≦j≦Nの
正の整数)に流れる電流により“0”、“1”を判定す
る。
Further, it has an island-shaped semiconductor layer in which two memory cells each having a charge storage layer and having a third electrode as a control gate electrode are connected in series, and a plurality of island-shaped semiconductor layers, for example, M ×. In the case where N pieces (M and N are positive integers) are provided and a plurality of, for example, M fourth wirings arranged in parallel to the semiconductor substrate in the memory cell array, one end of each of the island-shaped semiconductor layers is provided. A plurality of, for example, N × 2, which are connected in parallel to the semiconductor substrate and are arranged in a direction intersecting with the fourth wiring. An example of a reading method when the first wiring is arranged in parallel with the third wiring when the third wiring is connected to the third electrode of the memory cell will be described. An equivalent circuit of the memory cell array structure is shown in FIG. 63, and the definition of memory cell writing is, for example, the threshold value of the memory cell is 4V or more, and the definition of erasing is, for example, the threshold value of the memory cell is 0.5V or more and 3V or less. Describe. As an example of the reading method,
FIG. 78 shows an example of the timing of the potential applied to each electrode during reading. For example, in a read operation in which the island-shaped semiconductor layer is formed of a P-type semiconductor, all the first wirings (1-1 to 1-
N) is applied with 0 V, and the fourth wiring (4-i) is connected to the fourth electrode connected to the island-shaped semiconductor layer including the selected cell (i is 1 ≦ i
3V is applied to a positive integer of ≦ M, 0V is applied to the fourth wiring (≠ 4-i) other than the above, and the third wiring (3-j connected to the third electrode connected to the selected cell) -1) is given 5V and the third
0V is applied to the wiring (3-j-2) of the third wiring (3-j-1)
And the third wiring (≠ 3-j-1, except the third wiring (3-j-1)
By applying 0V to ≠ 3-j-2), the fourth wiring (4-i)
“0” or “1” is determined by the current flowing through the first wiring (1-j) (j is a positive integer of 1 ≦ j ≦ N).

【0049】次に、書き込み動作について説明する。ゲ
ート電極として第2の電極を備えるトランジスタとゲー
ト電極として第5の電極を備えるトランジスタを選択ゲ
ート・トランジスタとして有し、選択ゲート・トランジ
スタの間に電荷蓄積層を有し制御ゲート電極として第3
の電極を備えるメモリセルを複数個、例えばL個(Lは
正の整数)、直列に接続した島状半導体層を有し、島状半
導体層を複数個、例えばM×N個(M、Nは正の整数)備
える場合で、かつ、メモリセルアレイにおいて、半導体基
板に平行に配置される複数、例えばM本の第4の配線が
該島状半導体層の各々の一方の端部に接続し、他方の端
部には第1の配線が接続しており、また半導体基板に平
行で、かつ第4の配線と交差する方向に配置される複数
個、例えばN×L個の第3の配線はメモリセルの第3の
電極と接続している場合において、第1の配線を第3の
配線と平行に配置し、F−Nトンネリング電流(以下F
−N電流と称す)を用いた書込み手法の一例について述
べる。上記メモリセルアレイ構造の等価回路を図62に
示す。また、図76に、書込みにおける各電極に与える
電位のタイミングの一例を示す。選択セルの電荷蓄積層
に負の電荷を一定量以上蓄積することを書込みとする場
合、例えば島状半導体層がP型半導体で形成される書込
み動作は、選択セルを含む島状半導体層に接続する第1
の電極に接続する第1の配線(1-j)に0Vを与え(jは1≦j
≦Nの正の整数)、それ以外の第1の配線(≠1-j)に0Vを
与え、選択セルを含む島状半導体層に接続する第4の電
極に接続する第4の配線(4-i) (iは1≦i≦Mの正の整数)
に0Vを与え、これ以外の第4の配線(≠4-i)に3Vを
与え、選択セルに接続する第3の電極に接続する第3の
配線(3-j-h)(hは1≦h≦Lの正の整数)に20Vを与え、
第3の配線の(3-j-h)を除く第3の配線(≠3-j-h)には3
Vを与え、選択セルを含む島状半導体層に接続する第2
の電極に接続する第2の配線(2-j)に0Vを与え、選択
セルを含む島状半導体層に接続する第5の電極に接続す
る第5の配線(5-j)に1Vを与え、第2の配線(2-j)を除
く第2の配線(≠2-j)と第5の配線(5-j)を除く第5の配
線(≠5-j)に0Vを与えることで、選択セルのチャネル
部と制御ゲート間のみに高電位が印可される状態をつく
り、F-Nトンネリング現象によりチャネル部より電荷
蓄積層へ電子を注入する。なお第4の配線(4-i)を除く
第4の配線(≠4-i)に3Vを与えることにより選択セル
を含まない島状半導体層内の第5の電極を備える選択ゲ
ート・トランジスタはカットオフし、第3の配線(3-j-
h)と接続する非選択セルの拡散層と第4の配線(≠4-i)
との電気的経路は寸断されチャネルが形成されず書込み
は行われない。
Next, the write operation will be described. A transistor having a second electrode as a gate electrode and a transistor having a fifth electrode as a gate electrode are provided as selection gate transistors, a charge storage layer is provided between the selection gate transistors, and a third transistor is provided as a control gate electrode.
A plurality of memory cells each having an electrode (for example, L (L is a positive integer)) and an island-shaped semiconductor layer connected in series, and a plurality of island-shaped semiconductor layers, for example M × N (M, N Is a positive integer), and in the memory cell array, a plurality of, for example, M fourth wirings arranged in parallel to the semiconductor substrate are connected to one end of each of the island-shaped semiconductor layers, A first wiring is connected to the other end, and a plurality of, for example, N × L third wirings arranged in a direction parallel to the semiconductor substrate and intersecting the fourth wiring are When connected to the third electrode of the memory cell, the first wiring is arranged in parallel with the third wiring, and the F-N tunneling current (hereinafter F
An example of a writing method using (-N current) will be described. FIG. 62 shows an equivalent circuit of the above memory cell array structure. Further, FIG. 76 shows an example of the timing of the potential applied to each electrode in writing. When writing is performed by accumulating a certain amount of negative charges in the charge storage layer of the selected cell, for example, a write operation in which the island-shaped semiconductor layer is formed of a P-type semiconductor is connected to the island-shaped semiconductor layer including the selected cell. First to do
0V is applied to the first wiring (1-j) connected to the electrode of (where j is 1 ≦ j
≤N is a positive integer), 0 V is applied to the other first wirings (≠ 1-j), and the fourth wirings connected to the fourth electrode connected to the island-shaped semiconductor layer including the selected cell (4 -i) (i is a positive integer 1≤i≤M)
To the third electrode (3-jh) (h is 1 ≦ h) connected to the third electrode connected to the selected cell. 20V to a positive integer of ≤L,
3 for the third wire (≠ 3-jh) excluding (3-jh) of the third wire
A second voltage applied to connect to the island-shaped semiconductor layer including the selected cell
0V is applied to the second wiring (2-j) connected to the electrode of, and 1V is applied to the fifth wiring (5-j) connected to the fifth electrode connected to the island-shaped semiconductor layer including the selected cell. , 0V is applied to the second wiring (≠ 2-j) excluding the second wiring (2-j) and the fifth wiring (≠ 5-j) excluding the fifth wiring (5-j). A state in which a high potential is applied only between the channel portion of the selected cell and the control gate is created, and electrons are injected from the channel portion into the charge storage layer by the FN tunneling phenomenon. By applying 3V to the fourth wiring (≠ 4-i) excluding the fourth wiring (4-i), the selection gate transistor including the fifth electrode in the island-shaped semiconductor layer not including the selection cell is Cut off and connect the third wiring (3-j-
h)) Non-selected cell diffusion layer and fourth wiring (≠ 4-i)
The electrical path to and is cut off, a channel is not formed, and writing is not performed.

【0050】また、選択セルを含まない島状半導体層内
の第5の電極を備える選択ゲート・トランジスタをカッ
トオフさせずに書込みを行う一例として、図81に、各
電極に与える電位のタイミングの一例を示す。選択セル
を含む島状半導体層に接続する第1の電極に接続する第1
の配線(1-j)に0Vを与え(jは1≦j≦Nの正の整数)、こ
れ以外の第1の配線第1の配線(≠1-j)に0Vを与え、選
択セルを含む島状半導体層に接続する第4の電極に接続
する第4の配線(4-i) (iは1≦i≦Mの正の整数)に0Vを
与え、これ以外の第4の配線(≠4-i)に7Vを与え、選
択セルに接続する第3の電極に接続する第3の配線(3-j
-h)(hは1≦h≦Lの正の整数)に20Vを与え、第3の配
線の(3-j-h)を除く第3の配線(≠3-j-h)には7Vを与
え、選択セルを含む島状半導体層に接続する第2の電極
に接続する第2の配線(2-j)に0Vを与え、選択セルを
含む島状半導体層に接続する第5の電極に接続する第5
の配線(5-j)に20Vを与え、第2の配線(2-j)を除く第
2の配線(≠2-j)と第5の配線(5-j)を除く第5の配線
(≠5-j)に0Vを与えることで、選択セルのチャネル部
と制御ゲート間に20V程度の電位差を発生させ、F-
Nトンネリング現象によりチャネル部より電荷蓄積層へ
トンネル電子を注入する。なお、第3の配線(3-j-h)に
接続する非選択セルのチャネル部と制御ゲート間には1
3V程度の電位差が発生するが、選択セルの書込み時間
内にこのセルの閾値を変動させるほどの十分な電子の注
入は行われなれず、よってこのセルの書込みは実現しな
い。
Further, as an example of performing writing without cutting off the select gate transistor having the fifth electrode in the island-shaped semiconductor layer which does not include the selected cell, FIG. 81 shows the timing of the potential applied to each electrode. An example is shown. First connected to the first electrode connected to the island-shaped semiconductor layer including the selected cell
0V is applied to the wiring (1-j) of (where j is a positive integer of 1 ≦ j ≦ N), 0V is applied to the other first wiring (≠ 1-j), and the selected cell is selected. 0 V is applied to the fourth wiring (4-i) (i is a positive integer of 1 ≦ i ≦ M) connected to the fourth electrode connected to the island-shaped semiconductor layer including the other fourth wiring ( 7V is applied to ≠ 4-i) and the third wiring (3-j) connected to the third electrode connected to the selected cell
-h) (h is a positive integer of 1 ≤ h ≤ L) is given 20V, and the third wire (≠ 3-jh) except (3-jh) of the third wire is given 7V and selected 0 V is applied to the second wiring (2-j) connected to the second electrode connected to the island-shaped semiconductor layer including cells, and connected to the fifth electrode connected to the island-shaped semiconductor layer including selected cells. 5
20V is applied to the wiring (5-j) of the second wiring (the second wiring (≠ 2-j) except the second wiring (2-j) and the fifth wiring except the fifth wiring (5-j))
By applying 0V to (≠ 5-j), a potential difference of about 20V is generated between the channel portion of the selected cell and the control gate, and F-
Tunnel electrons are injected from the channel portion into the charge storage layer by the N tunneling phenomenon. It should be noted that 1 is provided between the control gate and the channel portion of the non-selected cell connected to the third wiring (3-jh).
Although a potential difference of about 3 V is generated, sufficient electron injection to change the threshold value of this cell cannot be performed within the write time of the selected cell, and therefore writing of this cell is not realized.

【0051】さらに、電荷蓄積層を有し制御ゲート電極
として第3の電極を備えるメモリセルを2個直列に接続
した島状半導体層を有し、この島状半導体層を複数個、
例えばM×N個(M、Nは正の整数)備える場合で、かつ、
メモリセルアレイにおいて、半導体基板に平行に配置さ
れる複数、例えばM本の第4の配線が島状半導体層の各
々の一方の端部に接続し、他方の端部には第1の配線が
接続しており、また半導体基板に平行で、かつ第4の配
線と交差する方向に配置される複数個、例えばN×2個
の第3の配線は、メモリセルの第3の電極と接続してい
る場合において、第1の配線を第3の配線と平行に配置
し、チャネルホットエレクトロン(以下CHEと称す)を
用いた書込み手法の一例について述べる。上記メモリセ
ルアレイ構造の等価回路を図63に示し、図79に、書
込みにおける各電極に与える電位のタイミングの一例を
示す。選択セルの電荷蓄積層に負の電荷を一定量以上蓄
積することを書込みとする場合、例えば島状半導体層が
P型半導体で形成される書込み動作は、選択セルを含む
島状半導体層に接続する第1の電極に接続する第1の配線
(1-j)に0Vを与え(jは1≦j≦Nの正の整数)、これ以外
の第1の配線(≠1-j)に0Vを与え、選択セルを含む島状
半導体層に接続する第4の電極に接続する第4の配線(4
-i) (iは1≦i≦Mの正の整数)に12Vを与え、これ以外
の第4の配線(≠4-i)に0Vを与え、選択セルに接続す
る第3の電極に接続する第3の配線(3-j-1)に12Vを
与え、第3の配線の(3-j-1)を除く第3の配線(≠3-j-1)
には5Vを与えることで、選択セルの高電位側拡散層近
傍にCHEを発生させ、かつ、第3の配線(3-j-1)に印
可される高電位により選択セルの電荷蓄積層へ発生した
電子を注入させる。
Further, there is an island-shaped semiconductor layer in which two memory cells each having a charge storage layer and having a third electrode as a control gate electrode are connected in series.
For example, when M × N (M and N are positive integers) are provided, and
In the memory cell array, a plurality of, for example, M fourth wirings arranged parallel to the semiconductor substrate are connected to one end of each of the island-shaped semiconductor layers, and the other end is connected to the first wiring. A plurality of, for example, N × 2, third wirings arranged in a direction parallel to the semiconductor substrate and intersecting the fourth wiring are connected to the third electrode of the memory cell. In that case, an example of a writing method in which the first wiring is arranged in parallel with the third wiring and channel hot electrons (hereinafter referred to as CHE) is used will be described. An equivalent circuit of the above memory cell array structure is shown in FIG. 63, and FIG. 79 shows an example of the timing of the potential applied to each electrode during writing. When writing is performed by accumulating a certain amount of negative charges in the charge storage layer of the selected cell, for example, a write operation in which the island-shaped semiconductor layer is formed of a P-type semiconductor is connected to the island-shaped semiconductor layer including the selected cell. First wiring to connect to the first electrode
0V is applied to (1-j) (j is a positive integer of 1 ≦ j ≦ N), and 0V is applied to the other first wiring (≠ 1-j), and the island-shaped semiconductor layer including the selected cell is applied. The fourth wiring (4
-i) Apply 12V to (i is a positive integer of 1≤i≤M) and 0V to the other fourth wiring (≠ 4-i), and connect to the third electrode connected to the selected cell. 12V is applied to the third wire (3-j-1), and the third wire (≠ 3-j-1) excluding (3-j-1) of the third wire
Is applied to the charge storage layer of the selected cell due to the high potential applied to the third wiring (3-j-1) by generating CHE near the high potential side diffusion layer of the selected cell. Inject the generated electrons.

【0052】以下に、消去動作について説明する。ゲー
ト電極として第2の電極を備えるトランジスタとゲート
電極として第5の電極を備えるトランジスタを選択ゲー
ト・トランジスタとして有し、選択ゲート・トランジス
タの間に電荷蓄積層を有し制御ゲート電極として第3の
電極を備えるメモリセルを複数個、例えばL個(Lは正
の整数)、直列に接続した島状半導体層を有し、この島状
半導体層を複数個、例えばM×N個(M、Nは正の整
数)、備える場合で、かつ、このメモリセルアレイにおい
て、半導体基板に平行に配置される複数、例えばM本の
第4の配線が該島状半導体層の各々の一方の端部に接続
し、他方の端部には第1の配線が接続しており、また半
導体基板に平行で、かつ第4の配線と交差する方向に配
置される複数個、例えばN×L個の第3の配線はメモリ
セルの第3の電極と接続している場合において、第1の
配線を第3の配線と平行に配置し、F−Nトンネリング
電流(以下F−N電流と称す)を用いた消去手法の一例
について述べる。上記メモリセルアレイ構造の等価回路
を図64に示す。図77に、消去における各電極に与え
る電位のタイミングの一例を示す。消去単位は1ブロッ
クあるいはチップ一括で行う。選択セルの電荷蓄積層の
電荷の状態を変化させ、選択セルの閾値を下げることを
消去とする場合、例えば島状半導体層がP型半導体で形
成される消去動作は、選択セルを含む島状半導体層に接
続する第1の電極に接続する第1の配線(1-j)に20Vを
与え(jは1≦j≦Nの正の整数)、これ以外の第1の配線第1
の配線(≠1-j)に0Vを与え、選択セルを含む島状半導
体層に接続する第4の電極に接続する第4の配線(4-i)
(iは1≦i≦Mの正の整数)に20Vを与え、選択セルに接
続する第3の電極に接続する第3の配線(3-j-h)(hは1≦
h≦Lの正の整数)に0Vを与え、第3の配線(3-j-h)を除
く第3の配線には0Vを与え、選択セルを含む島状半導
体層に接続する第2の電極に接続する第2の配線(2-j)
に20Vを与え、選択セルを含む島状半導体層に接続す
る第5の電極に接続する第5の配線(5-j)に20Vを与
え、第2の配線(2-j)を除く第2の配線(≠2-j)と第5の
配線(5-j)を除く第5の配線(≠5-j)の両方に0Vを与え
ることで、選択セルの電荷蓄積層内の電子をF−Nトン
ネリング現象により引き抜く。また、電荷蓄積層を有し
制御ゲート電極として第3の電極を備えるメモリセルを
2個直列に接続した島状半導体層を有し、この島状半導
体層を複数個、例えばM×N個(M、Nは正の整数)備え
る場合で、かつ、メモリセルアレイにおいて、半導体基板
に平行に配置される複数、例えばM本の第4の配線が島
状半導体層の各々の一方の端部に接続し、他方の端部に
は第1の配線が接続しており、また半導体基板に平行
で、かつ第4の配線と交差する方向に配置される複数
個、例えばN×2個の第3の配線はメモリセルの第3の
電極と接続している場合において、第1の配線を第3の
配線と平行に配置し、F−N電流を用いた消去手法の一
例について述べる。
The erase operation will be described below. A transistor having a second electrode as a gate electrode and a transistor having a fifth electrode as a gate electrode are provided as select gate transistors, a charge storage layer is provided between the select gate transistors, and a third gate is provided as a control gate electrode. A plurality of memory cells each having an electrode, for example, L (L is a positive integer), and an island-shaped semiconductor layer connected in series are provided, and a plurality of the island-shaped semiconductor layers, for example, M × N (M, N). Is a positive integer), and in this memory cell array, a plurality of, for example, M fourth wirings arranged in parallel to the semiconductor substrate are connected to one end of each of the island-shaped semiconductor layers. However, a first wiring is connected to the other end, and a plurality of, for example, N × L third wirings arranged in a direction parallel to the semiconductor substrate and intersecting the fourth wiring are provided. The wiring is with the third electrode of the memory cell In case you are continued, and the first wires are arranged in parallel to the third wiring is described an example of the erasing method using F-N tunneling current (hereinafter referred to as F-N current). An equivalent circuit of the above memory cell array structure is shown in FIG. FIG. 77 shows an example of the timing of the potential applied to each electrode in erasing. The erase unit is one block or chip. When erasing is performed by changing the charge state of the charge storage layer of the selected cell and lowering the threshold value of the selected cell, for example, an erasing operation in which the island-shaped semiconductor layer is formed of a P-type semiconductor is performed in the island shape including the selected cell. 20 V is applied to the first wiring (1-j) connected to the first electrode connected to the semiconductor layer (j is a positive integer of 1 ≦ j ≦ N), and the other first wiring
0V is applied to the wiring (≠ 1-j), and the fourth wiring (4-i) connected to the fourth electrode connected to the island-shaped semiconductor layer including the selected cell
20V is applied to (i is a positive integer of 1 ≦ i ≦ M), and the third wiring (3-jh) is connected to the third electrode connected to the selected cell (h is 1 ≦ i ≦ M).
0 volt is applied to a positive integer of h ≦ L, 0 V is applied to the third wiring except the third wiring (3-jh), and is applied to the second electrode connected to the island-shaped semiconductor layer including the selected cell. Second wiring to connect (2-j)
To the fifth electrode (5-j) connected to the fifth electrode connected to the island-shaped semiconductor layer including the selected cell, and 20 V is applied to the second wiring (2-j) except the second wiring (2-j). By applying 0 V to both the wiring (≠ 2-j) and the fifth wiring (≠ 5-j) excluding the fifth wiring (5-j), the electrons in the charge storage layer of the selected cell are F -Pull out by N tunneling phenomenon. Further, it has an island-shaped semiconductor layer in which two memory cells each having a charge storage layer and having a third electrode as a control gate electrode are connected in series, and a plurality of island-shaped semiconductor layers, for example, M × N ( (Where M and N are positive integers), and in the memory cell array, a plurality of, for example, M fourth wirings arranged in parallel to the semiconductor substrate are connected to one end of each of the island-shaped semiconductor layers. However, the first wiring is connected to the other end, and a plurality of, for example, N × 2, third wirings arranged in a direction parallel to the semiconductor substrate and intersecting the fourth wiring are provided. When the wiring is connected to the third electrode of the memory cell, the first wiring is arranged in parallel with the third wiring, and an example of an erasing method using an F-N current will be described.

【0053】上記メモリセルアレイ構造の等価回路を図
63に示し、図80に、消去における各電極に与える電
位のタイミングの一例を示す。選択セルの電荷蓄積層の
電荷の状態を変化させ、選択セルの閾値を下げることを
消去とする場合、例えば島状半導体層がP型半導体で形
成される消去動作は、選択セルを含む島状半導体層に接
続する第1の電極に接続する第1の配線(1-j)に3Vを与
え(jは1≦j≦Nの正の整数)、これ以外の第1の配線(≠1-
j)に0Vを与え、選択セルを含む島状半導体層に接続す
る第4の電極に接続する第4の配線(4-i) (iは1≦i≦M
の正の整数)は開放状態にし、これ以外の第4の配線(≠
4-i)は開放状態あるいは0Vを与え、選択セルに接続す
る第3の電極に接続する第3の配線(3-j-1)に−12V
を与え、第3の配線(3-j-2)に5Vを与え、その他の第
3の配線には0Vを与えることで、選択セルの電荷蓄積
層内の電子をF−Nトンネリング現象により引き抜く。
なお、上記メモリセルアレイの動作原理は、N型半導体
で形成される島状半導体層の場合のように全ての電極の
極性が入れ替わってもよい。このとき電位の大小関係は
上述したものに対して反対になる。また、上述の読出
し、書込み及び消去の各動作は第1の配線を第3の配線
と平行に配置した場合について述べたが、第1の配線を
第4の配線と平行に配置した場合及び第1の配線をアレ
イ全体で共通にした場合においても、同様にそれぞれに
対応する電位を与えることにより動作させることが可能
である。
An equivalent circuit of the above memory cell array structure is shown in FIG. 63, and FIG. 80 shows an example of the timing of the potential applied to each electrode during erasing. When erasing is performed by changing the charge state of the charge storage layer of the selected cell and lowering the threshold value of the selected cell, for example, an erasing operation in which the island-shaped semiconductor layer is formed of a P-type semiconductor is performed in the island shape including the selected cell. 3V is applied to the first wiring (1-j) connected to the first electrode connected to the semiconductor layer (j is a positive integer of 1 ≦ j ≦ N), and the other first wiring (≠ 1-
0V is applied to j) and the fourth wiring (4-i) connected to the fourth electrode connected to the island-shaped semiconductor layer including the selected cell (i is 1 ≦ i ≦ M
Positive integer) is opened and the other 4th wiring (≠
4-i) gives an open state or 0 V, and applies -12 V to the third wiring (3-j-1) connected to the third electrode connected to the selected cell.
By applying 5 V to the third wiring (3-j-2) and 0 V to the other third wiring, the electrons in the charge storage layer of the selected cell are extracted by the FN tunneling phenomenon. .
The operation principle of the memory cell array may be such that the polarities of all electrodes are interchanged as in the case of an island-shaped semiconductor layer formed of an N-type semiconductor. At this time, the magnitude relationship of the potentials is opposite to that described above. Further, the above-mentioned read, write, and erase operations have been described for the case where the first wiring is arranged in parallel with the third wiring, but the case where the first wiring is arranged in parallel with the fourth wiring and Even when the wiring of 1 is made common to the entire array, it is possible to operate by applying a potential corresponding to each wiring.

【0054】以下に、電荷蓄積層として浮遊ゲートを有
するメモリセル以外のものの動作原理について説明す
る。図65及び図66は、図9及び図40〜図49で示
されるMONOS構造のメモリセルアレイの一部分を示
す等価回路図である。図65は、一つの島状半導体層1
110に配置されるMONOS構造のメモリセルアレイ
の等価回路図を示す。図66は、複数の島状半導体層1
110が配置されるメモリセルアレイにおいて、図65
で示される各島状半導体層1110に配置される各回路
素子の電極と各配線の接続関係を示す。ゲート電極とし
て第12の電極12を備えるトランジスタとゲート電極
として第15の電極15を備えるトランジスタを選択ゲ
ート・トランジスタとして有し、選択ゲート・トランジ
スタの間に電荷蓄積層として積層絶縁膜を有し、制御ゲ
ート電極として第13の電極(13-h)(hは1≦h≦Lの正の
整数、Lは正の整数)を備えるメモリセルを複数個、例え
ばL個、直列に接続した島状半導体層110において、
第14の電極14が島状半導体層1110の各々の一方
の端部に接続し、他方の端部には第11の電極11が接
続する。このような島状半導体層1110を複数個、例
えばM×N個(M、Nは正の整数、またiは1≦i≦Mの正
の整数、jは1≦j≦Nの正の整数)備える場合で、かつ、メ
モリセルアレイにおいて、半導体基板に平行に配置され
る複数本、例えばM本の第14の配線が各々の島状半導
体層1110に備える上述の第14の電極14とそれぞ
れ接続する。また、半導体基板に平行で、かつ第14の
配線14と交差する方向に配置される複数本、例えばN
×L本の第13の配線は各々のメモリセルの上述の第1
3の電極(13-h)(hは1≦h≦Lの正の整数)と接続する。ま
た、第14の配線と交差する方向に配置される複数本、
例えばN本の第11の配線が各々の島状半導体層111
0に備える上述の第11の電極11と接続し、かつ、第
11の配線を第13の配線と平行に配置する。また、半
導体基板に平行で、かつ第14の配線14と交差する方
向に配置される複数本、例えばN本の第12の配線は各
々のメモリセルの上述の第12の電極12と接続し、か
つ、同様に半導体基板に平行で、かつ第14の配線14
と交差する方向に配置される複数本、例えばN本の第1
5の配線は各々のメモリセルの上述の第15の電極15
と接続する。
The operation principle of other than the memory cell having the floating gate as the charge storage layer will be described below. 65 and 66 are equivalent circuit diagrams showing a part of the memory cell array of the MONOS structure shown in FIGS. 9 and 40 to 49. FIG. 65 shows one island-shaped semiconductor layer 1.
1 shows an equivalent circuit diagram of a memory cell array of MONOS structure arranged at 110. FIG. FIG. 66 shows a plurality of island-shaped semiconductor layers 1.
In the memory cell array in which 110 is arranged, FIG.
The connection relationship between the electrodes of each circuit element arranged in each island-shaped semiconductor layer 1110 and each wiring shown in FIG. A transistor having a twelfth electrode 12 as a gate electrode and a transistor having a fifteenth electrode 15 as a gate electrode as selection gate transistors, and a stacked insulating film as a charge storage layer between the selection gate transistors; A plurality of memory cells, for example, L memory cells, each having a thirteenth electrode (13-h) (h is a positive integer of 1 ≦ h ≦ L and L is a positive integer) as a control gate electrode, which are connected in series. In the semiconductor layer 110,
The fourteenth electrode 14 is connected to one end of each of the island-shaped semiconductor layers 1110, and the eleventh electrode 11 is connected to the other end. A plurality of such island-shaped semiconductor layers 1110, for example, M × N (M and N are positive integers, i is a positive integer of 1 ≦ i ≦ M, and j is a positive integer of 1 ≦ j ≦ N. ), And in the memory cell array, a plurality of, for example, M, 14th wirings arranged in parallel to the semiconductor substrate are respectively connected to the above-mentioned 14th electrodes 14 provided in each island-shaped semiconductor layer 1110. To do. In addition, a plurality of, for example, N, arranged in a direction parallel to the semiconductor substrate and intersecting the fourteenth wiring 14 are provided.
The × L thirteenth wiring is the above-mentioned first wiring of each memory cell.
3 electrodes (13-h) (h is a positive integer of 1 ≦ h ≦ L). Also, a plurality of wires arranged in a direction intersecting with the fourteenth wiring,
For example, N number of eleventh wirings are formed in the respective island-shaped semiconductor layers 111.
The eleventh wiring is connected to the eleventh electrode 11 described above, and the eleventh wiring is arranged in parallel with the thirteenth wiring. Further, a plurality of, for example, N twelfth wirings arranged in a direction parallel to the semiconductor substrate and intersecting with the fourteenth wiring 14 are connected to the above-mentioned twelfth electrode 12 of each memory cell, Similarly, the fourteenth wiring 14 is parallel to the semiconductor substrate.
A plurality of, for example, N first, arranged in a direction intersecting with
The wiring 5 is the above-mentioned fifteenth electrode 15 of each memory cell.
Connect with.

【0055】図67及び図68は、図10及び図52〜
図57で示されるDRAM構造のメモリセルアレイの一
部分を示す等価回路図である。図67は、一つの島状半
導体層1110に配置されるDRAM構造のメモリセル
アレイの等価回路図を示す。図68は、複数の島状半導
体層1110が配置されるメモリセルアレイにおいて、
図65で示される各島状半導体層1110に配置される
各回路素子の電極と各配線の接続関係を示す。
67 and 68 show FIGS. 10 and 52-.
FIG. 58 is an equivalent circuit diagram showing a part of the memory cell array having the DRAM structure shown in FIG. 57. FIG. 67 shows an equivalent circuit diagram of a memory cell array of DRAM structure arranged on one island-shaped semiconductor layer 1110. FIG. 68 shows a memory cell array in which a plurality of island-shaped semiconductor layers 1110 are arranged,
65 shows a connection relationship between electrodes and wirings of each circuit element arranged in each island-shaped semiconductor layer 1110 shown in FIG. 65.

【0056】一つのトランジスタと一つのMISキャパ
シタとを直列に接続することで一つのメモリセルが構成
される。このメモリセルの一方の端部には第23の電極
23が接続し、もう一方の端部には第21の電極21が
接続し、かつゲート電極として第22の電極22を備え
るメモリセルを、例えば2組、図67に示されるように
接続し、一つの島状半導体層1110から2つの第21
の電極(21-1)、(21−2)及び2つの第22の電極
(22-1)、(22-2)がそれぞれ備えられ、島状半導体
層1110の一方の端部に第23の電極23が備えられ
る。このような島状半導体層1110を複数個、例えば
M×N個(M,Nは正の整数、またiは1≦i≦Mの正の整数、
jは1≦j≦Nの正の整数)備える場合で、かつ、このメモリ
セルアレイにおいて、半導体基板に平行に配置される複
数本、例えばM本の第23の配線が各々の島状半導体層
1110に備える上述の第23の電極23とそれぞれ接
続する。また、半導体基板に平行で、かつ第23の配線
23と交差する方向に配置される複数本、例えば2×N
本の第22の配線は各々のメモリセルの上述の第22の
電極(22-1)、(22-2)と接続する。また、第23の
配線と交差する方向に配置される複数本、例えば2×N
本の第21の配線が各々のメモリセルの上述の第21の
電極(21-1)、(21−2)と接続する。なお、図67
及び図68では、一つの島状半導体層1110にメモリ
セルが2組配置される場合の一例を示したが、一つの島
状半導体層1110に配置するメモリセルの数は3組以
上でも、あるいは1組だけでもよい。
One memory cell is formed by connecting one transistor and one MIS capacitor in series. A memory cell having a twenty-third electrode 23 connected to one end of the memory cell, a twenty-first electrode 21 connected to the other end, and a twenty-second electrode 22 as a gate electrode, For example, two sets, which are connected as shown in FIG. 67, are connected from one island-shaped semiconductor layer 1110 to two 21st semiconductor layers.
Electrodes (21-1), (21-2) and two 22nd electrodes
(22-1) and (22-2) are provided, and the 23rd electrode 23 is provided at one end of the island-shaped semiconductor layer 1110. A plurality of such island-shaped semiconductor layers 1110, for example, M × N (M and N are positive integers, i is a positive integer of 1 ≦ i ≦ M,
j is a positive integer of 1 ≦ j ≦ N), and in this memory cell array, a plurality of, for example, M, twenty-third wirings arranged in parallel to the semiconductor substrate are provided in each island-shaped semiconductor layer 1110. To be connected to the above-mentioned twenty-third electrode 23. In addition, a plurality of, for example, 2 × N, arranged in a direction parallel to the semiconductor substrate and intersecting with the 23rd wiring 23.
The 22nd wiring of the book is connected to the above-mentioned 22nd electrodes (22-1) and (22-2) of each memory cell. In addition, a plurality of wires arranged in a direction intersecting with the 23rd wiring, for example, 2 × N
The twenty-first wiring of the book is connected to the above-mentioned twenty-first electrodes (21-1) and (21-2) of each memory cell. Note that FIG.
68 and FIG. 68 show an example in which two sets of memory cells are arranged in one island-shaped semiconductor layer 1110, but the number of memory cells arranged in one island-shaped semiconductor layer 1110 may be three or more, or Only one set is required.

【0057】また、他の配置の一例として、島状半導体
層1110の底部から順に、トランジスタ、MISキャ
パシタ、MISキャパシタ、トランジスタを配置した例
を以下に説明する。図69及び図70は、図11及び図
49〜図52で示されるDRAM構造のメモリセルアレ
イの一部分を示す等価回路図である。図69は、一つの
島状半導体層1110に配置されるDRAM構造のメモ
リセルアレイの等価回路図を示す。図68は、複数の島
状半導体層1110が配置されるメモリセルアレイにお
いて、図65で示される各島状半導体層1110に配置
される各回路素子の電極と各配線の接続関係を示す。メ
モリセルの構成は上記と同様に、一つのトランジスタと
一つのMISキャパシタが直列に接続することで一つの
メモリセルが構成され、このメモリセルの一方の端部に
は第23の電極23が接続し、もう一方の端部には第2
1の電極21が接続し、かつゲート電極として第22の
電極22接続する。このメモリセルを、例えば2組、図
69に示されるように接続し、一つの島状半導体層11
10から2つの第21の電極(21-1)、(21−2)及
び2つの第22の電極(22-1)、(22-2)がそれぞれ
備えられ、島状半導体層1110の一方の端部に第23
の電極23が備えられ、もう一方の端部に第24の電極
24が備えられる。このような島状半導体層1110を
複数個、例えばM×N個(M、Nは正の整数、またiは1
≦i≦Mの正の整数、jは1≦j≦Nの正の整数)備える場合
で、かつ、このメモリセルアレイにおいて、半導体基板に
平行に配置される複数本、例えばM本の第23の配線が
各々の島状半導体層1110に備える上述の第23の電
極23とそれぞれ接続する。また、同様に半導体基板に
平行に配置される複数本、例えばM本の第24の配線が
各々の島状半導体層1110に備える上述の第24の電
極24とそれぞれ接続する。また、半導体基板に平行
で、かつ第23の配線23及び第24の配線24と交差
する方向に配置される複数本、例えば2×N本の第22
の配線は各々のメモリセルの上述の第22の電極(22-
1)、(22-2)と接続する。また、同様に第23の配線
23及び第24の配線24と交差する方向に配置される
複数本、例えば2×N本の第21の配線が各々のメモリ
セルの上述の第21の電極(21-1)、(21−2)と接
続する。
As another example of the arrangement, an example in which a transistor, a MIS capacitor, a MIS capacitor, and a transistor are arranged in this order from the bottom of the island-shaped semiconductor layer 1110 will be described below. 69 and 70 are equivalent circuit diagrams showing a part of the memory cell array of the DRAM structure shown in FIGS. 11 and 49 to 52. FIG. 69 shows an equivalent circuit diagram of a memory cell array of DRAM structure arranged on one island-shaped semiconductor layer 1110. 68 shows a connection relationship between electrodes and wirings of each circuit element arranged in each island-shaped semiconductor layer 1110 shown in FIG. 65 in a memory cell array in which a plurality of island-shaped semiconductor layers 1110 are arranged. Similar to the above, the memory cell configuration is such that one transistor and one MIS capacitor are connected in series to form one memory cell, and the 23rd electrode 23 is connected to one end of this memory cell. The second end on the other end
The first electrode 21 is connected, and the 22nd electrode 22 is connected as a gate electrode. For example, two sets of the memory cells are connected as shown in FIG. 69 to form one island-shaped semiconductor layer 11
10 to two 21st electrodes (21-1) and (21-2) and two 22nd electrodes (22-1) and (22-2) are provided respectively, and one of the island-shaped semiconductor layers 1110 is provided. 23rd at the end
Electrode 23 is provided, and the 24th electrode 24 is provided at the other end. A plurality of such island-shaped semiconductor layers 1110, for example M × N (M and N are positive integers, and i is 1)
≤ i ≤ M, j is a positive integer of 1 ≤ j ≤ N), and in this memory cell array, a plurality of, for example, M, twenty-third, arranged in parallel to the semiconductor substrate. The wiring is connected to the above-mentioned 23rd electrode 23 provided in each island-shaped semiconductor layer 1110. Similarly, a plurality of, for example, M, twenty-fourth wirings arranged in parallel to the semiconductor substrate are connected to the above-mentioned twenty-fourth electrodes 24 provided in each island-shaped semiconductor layer 1110. In addition, a plurality of, for example, 2 × N-th 22nd wirings arranged in a direction parallel to the semiconductor substrate and intersecting the 23rd wiring 23 and the 24th wiring 24.
Wiring is the above-mentioned 22nd electrode (22-
1) and (22-2). Similarly, a plurality of, for example, 2 × N, twenty-first wirings arranged in a direction intersecting with the twenty-third wiring 23 and the twenty-fourth wiring 24 are the above-mentioned twenty-first electrodes (21 -1), connect with (21-2).

【0058】また、図71及び図72は、各トランジス
タ間に拡散層1720が配置されず、さらにメモリ・ト
ランジスタ及び選択ゲート・トランジスタのゲート電極
である1500、1510、1520の間に配置する第
三の導電膜である多結晶シリコン膜1530を形成した
場合の図33〜図35及び図47及び図48で示される
メモリセルアレイの等価回路図である。図71は、一つ
の島状半導体層1110に配置される構造として、各メ
モリ・トランジスタ及び選択ゲート・トランジスタのゲ
ート電極の間に配置する第三の導電膜である多結晶シリ
コン膜1530が形成される場合のメモリセルアレイの
等価回路図を示し、図72は、島状半導体層1110が
複数配置される場合の等価回路を示す。ゲート電極とし
て第32の電極32を備えるトランジスタとゲート電極
として第35の電極35を備えるトランジスタを選択ゲ
ート・トランジスタとして有し、この選択ゲート・トラ
ンジスタの間に電荷蓄積層を有し、制御ゲート電極とし
て第33の電極(33-h)(hは1≦h≦Lの正の整数、Lは正
の整数)を備えるメモリセルを複数個、例えばL個、直
列に配置し、かつ、各トランジスタの間にゲート電極と
して第36の電極を備えるトランジスタを配置した島状
半導体層1110において、第34の電極34がこの島
状半導体層1110の各々の一方の端部に接続し、他方
の端部には第31の電極31が接続し、かつ複数の第3
6の電極が全て一つに接続し第36の電極36として島
状半導体層1110に備えられる。このような島状半導
体層1110を複数個、例えばM×N個(M、Nは正の
整数、またiは1≦i≦Mの正の整数、jは1≦j≦Nの正の整
数)備える場合で、かつ、このメモリセルアレイにおい
て、半導体基板に平行に配置される複数本、例えばM本
の第34の配線が各々の島状半導体層1110に備える
上述の第34の電極34とそれぞれ接続する。また、半
導体基板に平行で、かつ第34の配線34と交差する方
向に配置される複数本、例えばN×L本の第33の配線
は各々のメモリセルの上述の第33の電極(33-h)と
接続する。第34の配線と交差する方向に配置される複
数本、例えばN本の第31の配線が各々の島状半導体層
1110に備える上述の第31の電極31と接続し、か
つ、第31の配線を第33の配線と平行に配置する。ま
た、半導体基板に平行で、かつ第34の配線34と交差
する方向に配置される複数本、例えばN本の第32の配
線は各々のメモリセルの上述の第32の電極32と接続
し、かつ、同様に半導体基板に平行で、かつ第34の配
線34と交差する方向に配置される複数本、例えばN本
の第35の配線は各々のメモリセルの上述の第35の電
極35と接続する。各々の島状半導体層1110に備え
る上述の第36の電極36は、第36の配線によって全
て一つに接続する。なお、各々の島状半導体層1110
に備える上述の第36の電極36は第36の配線によっ
て全て一つに接続しなくてもよく、第36の配線によっ
てメモリセルアレイを2つ以上に分割して接続してもよ
い。つまり各々の第36の電極を、例えばブロック毎に
接続するような構造をとってもよい。
71 and 72, the diffusion layer 1720 is not disposed between the respective transistors, and the third diffusion layer 1720 is disposed between the gate electrodes 1500, 1510 and 1520 of the memory transistor and the select gate transistor. 49 is an equivalent circuit diagram of the memory cell array shown in FIGS. 33 to 35, 47, and 48 in the case where the polycrystalline silicon film 1530 which is the conductive film of FIG. In FIG. 71, as a structure arranged in one island-shaped semiconductor layer 1110, a polycrystalline silicon film 1530 which is a third conductive film arranged between the gate electrodes of each memory transistor and select gate transistor is formed. FIG. 72 shows an equivalent circuit diagram of the memory cell array in the case where the memory cell array is provided, and FIG. 72 shows an equivalent circuit when a plurality of island-shaped semiconductor layers 1110 are arranged. A transistor having a thirty-second electrode 32 as a gate electrode and a transistor having a thirty-fifth electrode 35 as a gate electrode are provided as selection gate transistors, and a charge storage layer is provided between the selection gate transistors. As an example, a plurality of memory cells, for example, L memory cells, each including a 33rd electrode (33-h) (h is a positive integer of 1 ≦ h ≦ L, L is a positive integer) are arranged in series, and each transistor is In the island-shaped semiconductor layer 1110 in which a transistor having a 36th electrode as a gate electrode is arranged between, the 34th electrode 34 is connected to one end of each of the island-shaped semiconductor layers 1110 and the other end thereof is connected. A 31st electrode 31 is connected to the
All six electrodes are connected to one and provided as the 36th electrode 36 in the island-shaped semiconductor layer 1110. A plurality of such island-shaped semiconductor layers 1110, for example, M × N (M and N are positive integers, i is a positive integer of 1 ≦ i ≦ M, and j is a positive integer of 1 ≦ j ≦ N. ), And in the memory cell array, a plurality of, for example, M thirty-fourth wirings arranged in parallel to the semiconductor substrate are respectively provided with the above-mentioned thirty-fourth electrodes 34 provided in each island-shaped semiconductor layer 1110. Connecting. Also, a plurality of, for example, N × L thirty-third wirings arranged in a direction parallel to the semiconductor substrate and intersecting with the thirty-fourth wiring 34 are the above-mentioned thirty-third electrode (33- h). A plurality of, for example N, thirty-first wirings arranged in a direction intersecting with the thirty-fourth wiring are connected to the above-mentioned thirty-first electrode 31 provided in each island-shaped semiconductor layer 1110, and the thirty-first wiring. Are arranged in parallel with the 33rd wiring. Further, a plurality of, for example, N th 32nd wirings arranged in a direction parallel to the semiconductor substrate and intersecting with the 34th wiring 34 are connected to the above-mentioned 32nd electrode 32 of each memory cell, Similarly, a plurality of, for example, N th 35th wirings arranged in a direction parallel to the semiconductor substrate and intersecting with the 34th wiring 34 are connected to the 35th electrode 35 of each memory cell. To do. The above-mentioned 36th electrode 36 provided in each of the island-shaped semiconductor layers 1110 is connected to one by the 36th wiring. Each island-shaped semiconductor layer 1110
The 36th electrode 36 included in the above does not have to be connected to one by the 36th wiring, and the memory cell array may be divided into two or more and connected by the 36th wiring. That is, a structure may be adopted in which each 36th electrode is connected, for example, for each block.

【0059】図73及び図74は、図11及び図58〜
図61で示されるSRAM構造をとるメモリセルアレイ
の一部分を示す等価回路図であり、メモリセルを構成す
るトランジスタはNMOSのみで構成される例を示して
いる。図73は、隣接する2つの島状半導体層1110
に配置される1つのSRAM構造のメモリセルの等価回
路図を示し、図74は、このメモリセルが複数配置され
る場合の等価回路をそれぞれ示している。ゲート電極と
して第43の電極及び第45の電極を備えるトランジス
タをそれぞれ直列に配置した島状半導体層110が2つ
隣接して配置され、かつ、これら4個のトランジスタが
図73に示されるように互いに接続する。
FIGS. 73 and 74 are the same as FIGS.
FIG. 62 is an equivalent circuit diagram showing a part of the memory cell array having the SRAM structure shown in FIG. 61, showing an example in which the transistors constituting the memory cell are only NMOS. FIG. 73 shows two adjacent island-shaped semiconductor layers 1110.
FIG. 74 shows an equivalent circuit diagram of one SRAM-structured memory cell, and FIG. 74 shows an equivalent circuit when a plurality of memory cells are arranged. As shown in FIG. 73, two island-shaped semiconductor layers 110 in which transistors each having a 43rd electrode and a 45th electrode as gate electrodes are arranged in series are arranged adjacent to each other, and these four transistors are arranged as shown in FIG. Connect to each other.

【0060】詳しくは、第43の電極(43-2)をゲー
ト電極とするトランジスタの第46の電極(46-2)と
第45の電極(45-1)が接続し、第43の電極(43-
1)をゲート電極とするトランジスタの第46の電極(4
6-1)と第45の電極(45-2)が接続する。また、こ
の隣接する2つの島状半導体層1110において、一つ
の島状半導体層1110の一方の端部に第44の電極
(44-1)が接続し、もう一つの島状半導体層1110
の一方の端部に第44の電極(44-2)が接続する。こ
の2つの島状半導体層1110において、第44の電極
(44-1)及び(44-2)が接続しない他方の端部には共
通な電極として第41の電極41が接続する。さらに、
2個の高抵抗素子がこれら4個のトランジスタと図73
に示されるように接続し、トランジスタと接続しない側
の端部には共通な電極として第42の電極42が接続す
る。このような島状半導体層1110を複数個、例えば
2×M×N個(M、Nは正の整数、またiは1≦i≦Mの正
の整数、jは1≦j≦Nの正の整数)備える場合で、かつ、こ
れらメモリセルアレイにおいて、半導体基板に平行に配
置される複数本、例えば2×M本の第44の配線が各々
の島状半導体層1110に備える上述の第44の電極
(44-1)、(44-2)とそれぞれ接続する。また、半導
体基板に平行で、かつ、第44の配線44と交差する方
向に配置される複数本、例えばN本の第43の配線は各
々のメモリセルの上述の第43の電極(43-1)、(43
-2)と接続する。第44の配線と交差する方向に配置さ
れる複数本、例えばN本の第41の配線が各々の島状半
導体層1110に備える上述の第41の電極41と接続
する。なお、第41の配線は各々の島状半導体層111
0に備える上述の第41の電極41に全て共通に接続を
行ってもよい。各々の高抵抗素子の上述の第42の電極
42は第42の配線によって全て一つに接続してもよ
い。なお、メモリセルを構成するトランジスタはPMO
Sのみで構成してもよいし、上述の高抵抗素子に代え
て、第43あるいは第45の電極をゲート電極とするト
ランジスタと反対の型のトランジスタと置き換えてもよ
い。
Specifically, the 46th electrode (46-2) and the 45th electrode (45-1) of a transistor having the 43rd electrode (43-2) as a gate electrode are connected to each other, and the 43rd electrode ( 43-
46th electrode (4
6-1) and the 45th electrode (45-2) are connected. Further, in the two adjacent island-shaped semiconductor layers 1110, the 44th electrode is provided at one end of one island-shaped semiconductor layer 1110.
(44-1) is connected to another island-shaped semiconductor layer 1110
A forty-fourth electrode (44-2) is connected to one end of the. In the two island-shaped semiconductor layers 1110, the 44th electrode
A forty-first electrode 41 is connected as a common electrode to the other end portion where (44-1) and (44-2) are not connected. further,
Two high-resistance elements are connected to these four transistors and are shown in FIG.
And the 42nd electrode 42 is connected as a common electrode to the end on the side not connected to the transistor. A plurality of such island-shaped semiconductor layers 1110, for example, 2 × M × N (M and N are positive integers, i is a positive integer of 1 ≦ i ≦ M, and j is a positive integer of 1 ≦ j ≦ N. In the memory cell array, a plurality of, for example, 2 × M, forty-fourth wirings arranged in parallel to the semiconductor substrate are provided in each of the island-shaped semiconductor layers 1110. electrode
(44-1) and (44-2) are connected respectively. In addition, a plurality of, for example, N, 43rd wirings arranged in a direction parallel to the semiconductor substrate and intersecting with the 44th wiring 44 are the 43rd electrodes (43-1) of the respective memory cells. ), (43
-Connect with 2). A plurality of, for example, N, 41st wirings arranged in a direction intersecting with the 44th wirings are connected to the 41st electrode 41 described above provided in each island-shaped semiconductor layer 1110. Note that the 41st wiring is formed in each of the island-shaped semiconductor layers 111.
All of the above-mentioned forty-first electrodes 41 provided in 0 may be commonly connected. The above-mentioned forty-second electrode 42 of each high-resistance element may be connected to one by the 42nd wiring. The transistors forming the memory cell are PMO.
It may be configured by only S, or may be replaced with a transistor of the opposite type to the transistor having the 43rd or 45th electrode as a gate electrode, instead of the high resistance element described above.

【0061】以下に、選択ゲートトランジスタと選択ゲ
ートトランジスタに隣接するメモリセルおよび隣接する
メモリセル同士が不純物拡散層を介して繋がっておら
ず、代わりに選択トランジスタとメモリセルおよびメモ
リセル同士の間隔が約30nm以下と、選択トランジス
タとメモリセルおよびメモリセル同士が不純物拡散層を
介して接続されている場合に比べて非常に接近した構造
の半導体記憶装置の動作原理について述べる。隣接する
素子が十分接近していると、選択ゲートトランジスタの
ゲートやメモリセルの制御ゲートに印加される閾値以上
の電位により形成するチャネルは隣接する素子のチャネ
ルと接続し、全ての素子のゲートに閾値以上の電位が与
えられる場合、全ての素子のチャネルは繋がることにな
る。この状態は選択トランジスタとメモリセルやメモリ
セルが不純物拡散層を介して接続されている場合とほぼ
等価なため、動作原理も選択トランジスタとメモリセル
やメモリセルが不純物拡散層を介して接続されている場
合と同様である。また、選択ゲートトランジスタやメモ
リセルが不純物拡散層を介して繋がっておらず、代わり
に選択トランジスタとメモリセルやメモリセルのゲート
電極の間に第三の導電膜が配置された構造の半導体記憶
装置の動作原理について述べる。第三の導電膜は各素子
の間に位置し、絶縁膜、例えばシリコン酸化膜を介して
島状半導体層と接続している。すなわち、第三の導電膜
とこの絶縁膜と島状半導体層はMISキャパシタを形成
している。第三の導電膜に島状半導体層とこの絶縁膜と
の界面に反転層が形成するような電位を与えるとチャネ
ルが形成する。形成したチャネルは隣接する素子にとっ
ては各素子を接続する不純物拡散層と同じ働きをする。
そのため、第三の導電膜にチャネルを形成し得る電位が
与えられている場合、選択ゲートトランジスタやメモリ
セルが不純物拡散層を介して接続している場合と同様な
動作となる。また、第三の導電膜にチャネルを形成し得
る電位が与えられていなくても、例えば島状半導体層が
P型半導体の場合、電荷蓄積層から電子を引き抜くの
は、選択ゲートトランジスタやメモリセルが不純物拡散
層を介して接続している場合と同様な動作となる。
Below, the select gate transistor, the memory cell adjacent to the select gate transistor, and the adjacent memory cells are not connected via the impurity diffusion layer. Instead, the distance between the select transistor and the memory cells and the memory cells is not. The operation principle of the semiconductor memory device having a structure of about 30 nm or less, which is very close to the structure in which the select transistor and the memory cell and the memory cells are connected to each other through the impurity diffusion layer, will be described. When adjacent elements are close enough, the channel formed by the potential above the threshold applied to the gate of the select gate transistor or the control gate of the memory cell is connected to the channel of the adjacent element and the gates of all elements are connected. When a potential higher than the threshold value is applied, the channels of all the elements are connected. This state is almost equivalent to the case where the select transistor is connected to the memory cell or the memory cell via the impurity diffusion layer. Therefore, the operating principle is that the select transistor is connected to the memory cell or the memory cell via the impurity diffusion layer. It is the same as when Further, the semiconductor memory device having a structure in which the select gate transistor and the memory cell are not connected via the impurity diffusion layer, and instead the third conductive film is arranged between the select transistor and the memory cell or the gate electrode of the memory cell. The operating principle of is described. The third conductive film is located between the respective elements and is connected to the island-shaped semiconductor layer via an insulating film, for example, a silicon oxide film. That is, the third conductive film, this insulating film and the island-shaped semiconductor layer form a MIS capacitor. A channel is formed when the third conductive film is applied with a potential such that an inversion layer is formed at the interface between the island-shaped semiconductor layer and this insulating film. The formed channel has the same function as that of the impurity diffusion layer that connects the adjacent elements to the adjacent elements.
Therefore, when a potential capable of forming a channel is applied to the third conductive film, the same operation as in the case where the select gate transistor or the memory cell is connected through the impurity diffusion layer is performed. Further, even if the potential for forming a channel is not applied to the third conductive film, when the island-shaped semiconductor layer is a P-type semiconductor, it is necessary to extract electrons from the charge storage layer by selecting the gate transistor or the memory cell. Operates in the same way as when they are connected via an impurity diffusion layer.

【0062】メモリセルアレイの製造方法における実施
の形態 製造例1 この製造例で形成する半導体記憶装置は、半導体基板
を、例えば柱状に加工することで島状半導体層を形成
し、該島状半導体層の側面を活性領域面とし、該活性領
域面にトンネル酸化膜および電荷蓄積層として浮遊ゲー
トを複数形成し、各々の島状半導体層を半導体基板に対
して電気的にフローテイング状態とし、各々のメモリセ
ルの活性領域を電気的にフローテイング状態とする半導
体記憶装置において、島状半導体層の上部と下部に選択
ゲート・トランジスタを配置し、選択ゲート・トランジ
スタに挟まれてメモリ・トランジスタを複数個、例えば
2個配置し、各々トランジスタを該島状半導体層に沿っ
て直列に接続した構造であり、選択ゲート・トランジス
タのゲート絶縁膜厚がメモリ・トランジスタのゲート絶
縁膜厚より大きく、各々のトランジスタを下部から上部
へ加工形成される。
Implementation in a method of manufacturing a memory cell array
In the semiconductor memory device formed in this production example, the semiconductor substrate is processed into, for example, a columnar shape to form an island-shaped semiconductor layer, and the side surface of the island-shaped semiconductor layer serves as an active region surface. Multiple floating gates are formed as tunnel oxide films and charge storage layers on the region surface, and each island-shaped semiconductor layer is electrically floated to the semiconductor substrate, and the active region of each memory cell is electrically flowed. In a semiconductor memory device in a towing state, select gate transistors are arranged above and below an island-shaped semiconductor layer, and a plurality of memory transistors, for example, two memory transistors are arranged between the select gate transistors. The structure is such that the gate insulating film of the select gate transistor is connected in series along the island-shaped semiconductor layer, and the gate insulating film of the select gate transistor is the gate insulating film of the memory transistor. Larger, it is processed and formed each transistor from bottom to top.

【0063】このような半導体記憶装置は以下の製造方
法により形成することができる。なお、図82〜図91
及び図92〜図101は、それぞれEEPROMのメモ
リセルアレイを示す図1のA−A’及びB−B’断面図
である。まず、半導体基板であるp型シリコン基板10
0の表面にマスク層となる第一の絶縁膜として、例えば
シリコン窒化膜310を200〜2000nm堆積し、
公知のフォトリソグラフィ技術によりパターンニングさ
れたレジストR11をマスクとして用いて(図82及び
図92)、反応性イオンエッチングにより第一の絶縁膜
であるシリコン窒化膜310をエッチングする。そし
て、第一の絶縁膜であるシリコン窒化膜310をマスク
に用いて、反応性イオンエッチングにより、例えば半導
体基板であるp型シリコン基板100を2000〜20
000nm程度エッチングして、格子縞状である第一の
溝部210を形成する。これにより、半導体基板である
p型シリコン基板100は、柱状をなして、複数の島状
半導体層110に分離される。その後、島状半導体層1
10の表面を酸化することで第二の絶縁膜となる、例え
ば熱酸化膜410を10〜100nm形成する(図83
及び図93)。島状半導体層110が最小加工寸法で形
成されていた場合、熱酸化膜410の形成により島状半
導体層110の大きさが小さくなる。つまり、最小加工
寸法以下に形成される。次に、例えば等方性エッチング
により各島状半導体層110周囲の第二の絶縁膜である
熱酸化膜410をエッチング除去した後(図84及び図
94)、必要に応じて斜めイオン注入を利用して各島状
半導体層110の側壁にチャネルイオン注入を行う。例
えば、5〜45°程度傾斜した方向から5〜100ke
Vの注入エネルギー、硼素1×1011〜1×1013/c
2程度のドーズが挙げられる。チャネルイオン注入の
際には、島状半導体層110の多方向から注入される方
が表面不純物濃度を均一とできるため好ましい。あるい
はチャネルイオン注入に代えて、CVD法により硼素を
含む酸化膜を堆積し、その酸化膜からの硼素拡散を利用
してもよい。なお、島状半導体層110の表面からの不
純物導入に関しては、島状半導体層110の表面を第二
の絶縁膜である熱酸化膜410で被覆する前に行っても
よいし、島状半導体層110を形成する前に導入を完了
しておいてもよいし、島状半導体層110の不純物濃度
分布が同等であれば手段を限定しない。
Such a semiconductor memory device can be formed by the following manufacturing method. 82 to 91.
92 to 101 are sectional views taken along the lines AA 'and BB' of FIG. 1 showing the memory cell array of the EEPROM, respectively. First, a p-type silicon substrate 10 which is a semiconductor substrate
As a first insulating film to be a mask layer, for example, a silicon nitride film 310 is deposited to a thickness of 200 to 2000 nm on the surface of 0,
Using the resist R11 patterned by a known photolithography technique as a mask (FIGS. 82 and 92), the silicon nitride film 310 which is the first insulating film is etched by reactive ion etching. Then, using the silicon nitride film 310, which is the first insulating film, as a mask, the p-type silicon substrate 100, which is a semiconductor substrate, is 2,000 to 20 by reactive ion etching.
Etching is performed for about 000 nm to form the first groove portion 210 having a lattice stripe shape. As a result, the p-type silicon substrate 100, which is a semiconductor substrate, has a columnar shape and is separated into a plurality of island-shaped semiconductor layers 110. Then, the island-shaped semiconductor layer 1
The surface of 10 is oxidized to form a second insulating film, for example, a thermal oxide film 410 having a thickness of 10 to 100 nm (FIG. 83).
And FIG. 93). When the island-shaped semiconductor layer 110 is formed with the minimum processing size, the size of the island-shaped semiconductor layer 110 is reduced due to the formation of the thermal oxide film 410. In other words, it is formed with the minimum processing dimension or less. Next, after the thermal oxide film 410 that is the second insulating film around each island-shaped semiconductor layer 110 is removed by etching, for example, by isotropic etching (FIGS. 84 and 94), oblique ion implantation is used as necessary. Then, channel ion implantation is performed on the sidewall of each island-shaped semiconductor layer 110. For example, 5 to 100 ke from a direction inclined by about 5 to 45 °
V implantation energy, boron 1 × 10 11 to 1 × 10 13 / c
The dose is about m 2 . During the channel ion implantation, it is preferable to implant the island-shaped semiconductor layer 110 from multiple directions because the surface impurity concentration can be made uniform. Alternatively, instead of the channel ion implantation, an oxide film containing boron may be deposited by the CVD method and boron diffusion from the oxide film may be used. Note that the impurity introduction from the surface of the island-shaped semiconductor layer 110 may be performed before the surface of the island-shaped semiconductor layer 110 is covered with the thermal oxide film 410 that is the second insulating film, or may be performed. The introduction may be completed before forming 110, and the means is not limited as long as the island-shaped semiconductor layer 110 has the same impurity concentration distribution.

【0064】つづいて、第五の絶縁膜として、例えばシ
リコン酸化膜431を格子縞状である第一の溝部210
にCVD法により50〜500nm堆積し、格子縞状で
ある第一の溝部210を所望の深さまでエッチバック
し、第五の絶縁膜であるシリコン酸化膜431を所望の
深さまで埋め込む。この際、第五の絶縁膜であるシリコ
ン酸化膜431は、第二の絶縁膜である熱酸化膜410
をエッチング除去せずに堆積し、所望の深さまでエッチ
バックを行ってもよい。その後、例えばCVD法を用い
て各島状半導体層110の周囲に、例えば10nm程度
のトンネル酸化膜となる第十三の絶縁膜として、例えば
シリコン酸化膜481を形成する。この際、トンネル酸
化膜はCVD酸化膜に限らず、熱酸化膜又は窒素酸化膜
でもよい。つづいて、第一の導電膜として、例えば多結
晶シリコン膜511を50〜200nm程度堆積した
後、第一の導電膜である多結晶シリコン膜511を、例
えば反応性イオンエッチングによりサイドウオール状に
所望の高さだけ残存させる(図85及び図95)。次
に、第五の絶縁膜として、例えばシリコン酸化膜432
をCVD法により50〜500nm堆積した後、例えば
等方エッチングにより第五の絶縁膜であるシリコン酸化
膜432をエッチバックし、先のサイドウオール状に残
存させた第一の導電膜である多結晶シリコン膜511が
完全に埋没するよう埋め込む。
Then, as the fifth insulating film, for example, a silicon oxide film 431 is formed into a lattice-shaped first groove portion 210.
Is deposited by CVD to a thickness of 50 to 500 nm, the lattice-shaped first trenches 210 are etched back to a desired depth, and the silicon oxide film 431, which is a fifth insulating film, is buried to a desired depth. At this time, the silicon oxide film 431, which is the fifth insulating film, is the thermal oxide film 410, which is the second insulating film.
May be deposited without being removed by etching and etched back to a desired depth. Then, for example, a silicon oxide film 481 is formed around each of the island-shaped semiconductor layers 110 by using, for example, a CVD method as a thirteenth insulating film to be a tunnel oxide film having a thickness of, for example, about 10 nm. At this time, the tunnel oxide film is not limited to the CVD oxide film and may be a thermal oxide film or a nitrogen oxide film. Next, after depositing, for example, a polycrystalline silicon film 511 of about 50 to 200 nm as the first conductive film, the polycrystalline silicon film 511 that is the first conductive film is formed into a sidewall shape by, for example, reactive ion etching. The height is left (FIGS. 85 and 95). Next, for example, a silicon oxide film 432 is formed as a fifth insulating film.
Of 50 to 500 nm by the CVD method, the silicon oxide film 432 which is the fifth insulating film is etched back by, for example, isotropic etching, and the polycrystalline film which is the first conductive film is left in the shape of the side wall. The silicon film 511 is buried so as to be completely buried.

【0065】その後、例えば熱酸化法を用いて10nm
程度のトンネル酸化膜となる第三の絶縁膜として、シリ
コン酸化膜422を形成する。第三の絶縁膜であるシリ
コン酸化膜422は第十三の絶縁膜であるシリコン酸化
膜481と同様に熱酸化膜に限らず、CVD酸化膜又は
窒素酸化膜でもよく、第十三の絶縁膜であるシリコン酸
化膜481と同種の材料でなくてもよい。また、第三の
絶縁膜であるシリコン酸化膜422及び第十三の絶縁膜
である481の膜厚は任意に設定でき、第三の絶縁膜で
あるシリコン酸化膜422は第十三の絶縁膜であるシリ
コン酸化膜481の膜厚より薄くても、厚くでも、同等
でもよい。つづいて、第一の導電膜として、例えば多結
晶シリコン膜512を50〜200nm程度堆積した
後、第一の導電膜である多結晶シリコン膜512を、例
えば反応性イオンエッチングによりサイドウオール状に
所望の高さだけ残存させる(図86及び図96)。同様
に繰り返すことで、第五の絶縁膜として、例えばシリコ
ン酸化膜433を、第一の導電膜である多結晶シリコン
膜512が埋没するよう埋め込み、その後、各島状半導
体層110の周囲に10nm程度のトンネル酸化膜とな
る第三の絶縁膜として、例えばシリコン酸化膜423を
形成し、その側面に第一の導電膜として、例えば多結晶
シリコン膜513を配置させる。同様に第五の絶縁膜と
して、例えばシリコン酸化膜434を第一の導電膜であ
る多結晶シリコン膜513が埋没するよう埋め込んだ
後、各島状半導体層110の周囲に10nm程度のトン
ネル酸化膜となる第十三の絶縁膜として、例えばシリコ
ン酸化膜484を形成し、その側面に第一の導電膜とし
て、例えば多結晶シリコン膜514を配置させる(図8
7及び図97)。
Then, for example, by thermal oxidation, 10 nm
A silicon oxide film 422 is formed as a third insulating film serving as a tunnel oxide film. The silicon oxide film 422 which is the third insulating film is not limited to the thermal oxide film like the silicon oxide film 481 which is the thirteenth insulating film, and may be a CVD oxide film or a nitrogen oxide film. It does not have to be the same material as the silicon oxide film 481. The thickness of the silicon oxide film 422 which is the third insulating film and the film thickness of the thirteenth insulating film 481 can be set arbitrarily, and the silicon oxide film 422 which is the third insulating film is the thirteenth insulating film. The thickness may be thinner, thicker, or equivalent to that of the silicon oxide film 481. Next, after depositing, for example, a polycrystalline silicon film 512 of about 50 to 200 nm as the first conductive film, the polycrystalline silicon film 512 that is the first conductive film is formed into a sidewall shape by, for example, reactive ion etching. The height is left (FIGS. 86 and 96). By repeating this in the same manner, a silicon oxide film 433, for example, is embedded as the fifth insulating film so that the polycrystalline silicon film 512, which is the first conductive film, is embedded, and then 10 nm is formed around each island-shaped semiconductor layer 110. For example, a silicon oxide film 423 is formed as a third insulating film to be a tunnel oxide film, and a polycrystalline silicon film 513 is arranged as a first conductive film on the side surface thereof. Similarly, as a fifth insulating film, for example, a silicon oxide film 434 is buried so that the polycrystalline silicon film 513 which is the first conductive film is buried, and then a tunnel oxide film of about 10 nm is formed around each island-shaped semiconductor layer 110. For example, a silicon oxide film 484 is formed as a thirteenth insulating film, and a polycrystalline silicon film 514 is arranged as a first conductive film on the side surface thereof (FIG. 8).
7 and FIG. 97).

【0066】次いで、等方性エッチングにより第五の絶
縁膜であるシリコン酸化膜434、433、432、4
31を除去し、分割した第一の導電膜である多結晶シリ
コン膜511〜514および第一の絶縁膜であるシリコ
ン窒化膜310と自己整合で島状半導体層110、半導
体基板100に不純物導入を行う。例えば固層気相拡散
を用いて710〜724のN型不純物拡散層として砒素
1×1018〜1×10 21/cm3程度のドーズで形成す
る。この際、第一の配線層となる不純物拡散層710は
イオン注入法などにより不純物濃度の調整を行ってもよ
い(図88及び図98)。例えば、0〜7°程度傾斜し
た方向から5〜100keVの注入エネルギー、燐を1
×1013〜1×1015/cm2程度のドーズが挙げられ
る。その後、熱処理を施すことにより不純物拡散層71
0〜724を拡散させ島状半導体層110のp型領域を
電気的にフローティング状態とする(図89及び図9
9)。第一の配線層となる不純物拡散層710の濃度分
布は半導体基板となる、例えばp型シリコン基板100
に向かって緩やかな勾配を保つことが好ましい。また、
第一の導電膜である多結晶シリコン膜511〜514の
不純物の導入は、第一の導電膜である多結晶シリコン膜
510の成膜時に行ってもよいし、島状半導体層110
に不純物導入を行う際に行ってもよいし、導電膜として
なれば導入時期は制限されない。
Then, a fifth isolation is performed by isotropic etching.
Silicon oxide films 434, 433, 432, 4 which are edge films
31 is removed and the divided first conductive film is polycrystalline silicon.
Con films 511 to 514 and the first insulating film silicon
Self-aligned with the nitride film 310, the island-shaped semiconductor layer 110, the semiconductor
Impurities are introduced into the body substrate 100. For example, solid phase vapor diffusion
Arsenic as an N-type impurity diffusion layer of 710 to 724
1 x 1018~ 1 x 10 twenty one/ Cm3Form with a dose of about
It At this time, the impurity diffusion layer 710 to be the first wiring layer is
The impurity concentration may be adjusted by the ion implantation method.
(FIGS. 88 and 98). For example, incline about 0 to 7 degrees
5 to 100 keV implantation energy from the direction of
× 1013~ 1 x 1015/ Cm2The dose is about
It Then, heat treatment is applied to the impurity diffusion layer 71.
0 to 724 are diffused to form the p-type region of the island-shaped semiconductor layer 110.
It is electrically floating (FIGS. 89 and 9).
9). For the concentration of the impurity diffusion layer 710 to be the first wiring layer
The cloth serves as a semiconductor substrate, for example, a p-type silicon substrate 100
It is preferable to maintain a gradual slope toward. Also,
Of the polycrystalline silicon films 511 to 514 which are the first conductive film.
Impurities are introduced by using the polycrystalline silicon film that is the first conductive film.
It may be performed at the time of forming 510, or the island-shaped semiconductor layer 110.
It may be performed when introducing impurities into the
If so, there is no restriction on the time of introduction.

【0067】その後、第十一の絶縁膜として、例えばシ
リコン酸化膜471をCVD法により50〜500nm
堆積し、異方性エッチングおよび等方性エッチングによ
り第一の導電膜である多結晶シリコン膜511の側部を
埋設するように第十一の絶縁膜であるシリコン酸化膜4
71を埋めこむ。次いで、第十二の絶縁膜として、例え
ばシリコン窒化膜340を5〜50nm堆積し、サイド
ウオールを形成する(図90及び図100)。つづい
て、第一の導電膜である多結晶シリコン膜511の側部
を露出する程度に第十一の絶縁膜であるシリコン酸化膜
471をエッチバックして、第二の導電膜として、例え
ば多結晶シリコン膜521を15〜150nm堆積す
る。その後、第二の導電膜である多結晶シリコン膜52
1をエッチバックし、第二の導電膜である多結晶シリコ
ン膜521と自己整合で第十一の絶縁膜であるシリコン
酸化膜471及び半導体基板であるp型シリコン基板1
00を、例えば異方性エッチングにより第二の溝部22
0を形成し、不純物拡散層710を分離する。つまり、
第二の導電膜の分離部と自己整合的に第一の配線層の分
離部を形成する。つづいて、第一の導電膜である多結晶
シリコン膜511と接触しうる程度に、第二の導電膜で
ある多結晶シリコン膜521をエッチバックし、選択ゲ
ートとする。その際、島状半導体層110の間隔を、図
1のA―A’方向について予め所定の値以下に設定して
おくことによって、マスク工程を用いることなく、その
方向に連続する選択ゲート線となる第二の配線層として
形成される。
Thereafter, as the eleventh insulating film, for example, a silicon oxide film 471 is deposited by the CVD method to a thickness of 50 to 500 nm.
The silicon oxide film 4 serving as an eleventh insulating film is deposited and is embedded by anisotropic etching and isotropic etching so as to bury the side portion of the polycrystalline silicon film 511 serving as the first conductive film.
Embed 71. Next, as a twelfth insulating film, for example, a silicon nitride film 340 is deposited in a thickness of 5 to 50 nm to form sidewalls (FIGS. 90 and 100). Subsequently, the silicon oxide film 471, which is the eleventh insulating film, is etched back to the extent that the side portions of the polycrystalline silicon film 511, which is the first conductive film, are exposed, and the second conductive film is formed, for example, as a second conductive film. A crystalline silicon film 521 is deposited with a thickness of 15 to 150 nm. After that, the polycrystalline silicon film 52 which is the second conductive film is formed.
1 is etched back and self-aligned with the polycrystalline silicon film 521 which is the second conductive film, and the silicon oxide film 471 which is the eleventh insulating film and the p-type silicon substrate 1 which is the semiconductor substrate.
00 to the second groove 22 by, for example, anisotropic etching.
0 is formed, and the impurity diffusion layer 710 is separated. That is,
The isolation portion of the first wiring layer is formed in self-alignment with the isolation portion of the second conductive film. Subsequently, the polycrystal silicon film 521 which is the second conductive film is etched back to the extent that it can contact the polycrystal silicon film 511 which is the first conductive film to form a select gate. At that time, the distance between the island-shaped semiconductor layers 110 is set to a predetermined value or less in the AA ′ direction of FIG. 1 in advance, so that the selection gate lines continuous in the direction can be formed without using a mask process. Is formed as the second wiring layer.

【0068】その後、第八の絶縁膜として、例えばシリ
コン酸化膜462をCVD法により50〜500nm堆
積し、異方性エッチングおよび等方性エッチングにより
少なくとも第二の導電膜である多結晶シリコン膜521
が埋没するように第八の絶縁膜であるシリコン酸化膜4
62を埋めこみ、等方性エッチングにより第十二の絶縁
膜であるシリコン窒化膜340のサイドウオールを除去
し、露出した第一の導電膜である多結晶シリコン膜51
2〜514の表面に層間絶縁膜612を形成する。この
層間絶縁膜612は、例えばONO膜とする。具体的に
は熱酸化法により多結晶シリコン膜表面に5〜10nm
のシリコン酸化膜と、CVD法により5〜10nmのシ
リコン窒化膜と、5〜10nmのシリコン酸化膜を順次
堆積する。つづいて、同様に第二の導電膜として、例え
ば多結晶シリコン膜522を15〜150nm堆積し、
エッチバックすることで、第一の導電膜である多結晶シ
リコン膜512の側部に層間絶縁膜612を介して第二
の導電膜である多結晶シリコン膜522を配置させる。
このとき、図1のA―A’方向について予め所定の値以
下に設定しておくことによって、マスク工程を用いるこ
となく、その方向に連続する制御ゲート線となる第三の
配線層として形成される。その後、第八の絶縁膜とし
て、例えばシリコン酸化膜463をCVD法により50
〜500nm堆積し、異方性エッチングおよび等方性エ
ッチングにより少なくとも第二の導電膜である多結晶シ
リコン膜522が埋没するように第八の絶縁膜であるシ
リコン酸化膜463を埋めこみ、同様に繰り返すことで
第一の導電膜である多結晶シリコン膜513の側部に層
間絶縁膜613を介して第二の導電膜である多結晶シリ
コン膜523を配置させる。最上段第一の導電膜である
多結晶シリコン膜514においては最下段第一の導電膜
である多結晶シリコン膜511と同様に第一の導電膜で
ある多結晶シリコン膜514と接触しうる程度に、第二
の導電膜である多結晶シリコン膜524をエッチバック
する。第二の導電膜である多結晶シリコン膜524の上
層に第十の絶縁膜となる、例えばシリコン酸化膜465
を100〜500nm堆積し、エッチバックもしくはC
MP法などにより不純物拡散層724を備える島状半導
体層110の上部を露出させ、第四の配線層を第二もし
くは第三の配線層と方向が交差するよう島状半導体層1
10の上部と接続する。次いで、公知の技術により層間
絶縁膜を形成し、コンタクトホールおよびメタル配線を
形成する(図91及び図101)。
After that, as the eighth insulating film, for example, a silicon oxide film 462 is deposited to a thickness of 50 to 500 nm by the CVD method, and the polycrystalline silicon film 521 which is at least the second conductive film is formed by anisotropic etching and isotropic etching.
Silicon oxide film 4 which is an eighth insulating film so that
62 is buried and the sidewall of the silicon nitride film 340 which is the twelfth insulating film is removed by isotropic etching to remove the exposed polycrystalline silicon film 51 which is the first conductive film.
An interlayer insulating film 612 is formed on the surfaces of 2 to 514. The interlayer insulating film 612 is, eg, an ONO film. Specifically, the surface of the polycrystalline silicon film is 5 to 10 nm thick by the thermal oxidation method.
Of silicon oxide film, a silicon nitride film of 5 to 10 nm, and a silicon oxide film of 5 to 10 nm are sequentially deposited by the CVD method. Then, similarly, as the second conductive film, for example, a polycrystalline silicon film 522 is deposited to a thickness of 15 to 150 nm,
By etching back, the polycrystalline silicon film 522 which is the second conductive film is arranged on the side portion of the polycrystalline silicon film 512 which is the first conductive film with the interlayer insulating film 612 interposed therebetween.
At this time, by setting a value equal to or less than a predetermined value in the direction AA ′ in FIG. 1, a third wiring layer which becomes a control gate line continuous in the direction is formed without using a mask process. It After that, as the eighth insulating film, for example, a silicon oxide film 463 is formed by CVD to 50
˜500 nm is deposited, a silicon oxide film 463 which is an eighth insulating film is buried by anisotropic etching and isotropic etching so that at least the polycrystalline silicon film 522 which is the second conductive film is buried, and the same process is repeated. Thus, the polycrystalline silicon film 523 which is the second conductive film is arranged on the side portion of the polycrystalline silicon film 513 which is the first conductive film with the interlayer insulating film 613 interposed therebetween. The polycrystalline silicon film 514, which is the uppermost first conductive film, can contact the polycrystalline silicon film 514, which is the first conductive film, like the polycrystalline silicon film 511, which is the lowermost first conductive film. Then, the polycrystalline silicon film 524 which is the second conductive film is etched back. For example, a silicon oxide film 465 which becomes a tenth insulating film is formed on the polycrystalline silicon film 524 which is the second conductive film.
Is deposited to 100-500 nm and then etched back or C
The upper part of the island-shaped semiconductor layer 110 provided with the impurity diffusion layer 724 is exposed by the MP method or the like, and the island-shaped semiconductor layer 1 is formed so that the fourth wiring layer intersects the direction of the second or third wiring layer.
Connect with the top of 10. Next, an interlayer insulating film is formed by a known technique, and contact holes and metal wirings are formed (FIGS. 91 and 101).

【0069】これにより、第一の導電膜となる多結晶シ
リコン膜を浮遊ゲートとする電荷蓄積層に蓄積される電
荷状態によってメモリ機能を有する半導体記憶装置が実
現する。また、各々のメモリセルの活性領域を半導体基
板に対してフローテイング状態とすることにより、基板
からのバックバイアス効果がなくなり、読み出し動作の
際、直列に接続された両端に位置するメモリセルの閾値
の変動がなくなる。さらに、活性領域面である島状半導
体層110の側面を酸化し、該酸化膜410を除去し、
柱状に加工された島状半導体層110を最小加工寸法以
下で形成することにより、メモリセルの占有面積を増加
させずに浮遊ゲートと島状半導体層との容量に対する浮
遊ゲートと制御ゲートとの容量の比を増大させることが
可能となり、メモリセルの書き込み、消去が容易にな
る。また、複数のメモリセル部の上部と下部に選択ゲー
トを配置することでメモリセルトランジスタが過剰消去
の状態、すなわち、読み出し電圧が0Vであってしきい
値が負の状態になり、非選択セルでもセル電流が流れる
現象を防止することができる。この製造例では第一の絶
縁膜であるシリコン窒化膜310、第十二の絶縁膜であ
るシリコン窒化膜340のような半導体基板もしくは多
結晶シリコン膜の表面に形成される膜はシリコン表面側
からシリコン酸化膜/シリコン窒化膜の複層膜としても
よい。
As a result, a semiconductor memory device having a memory function is realized by the charge state accumulated in the charge accumulation layer having the polycrystalline silicon film serving as the first conductive film as the floating gate. In addition, by setting the active region of each memory cell to the floating state with respect to the semiconductor substrate, the back bias effect from the substrate is eliminated, and the threshold value of the memory cells located at both ends connected in series during the read operation. Fluctuations disappear. Further, the side surface of the island-shaped semiconductor layer 110, which is the active region surface, is oxidized to remove the oxide film 410,
By forming the pillar-shaped island-shaped semiconductor layer 110 with a size equal to or smaller than the minimum processing dimension, the capacitance between the floating gate and the control gate relative to the capacitance between the floating gate and the island-shaped semiconductor layer can be increased without increasing the occupied area of the memory cell. The ratio can be increased, and writing and erasing of memory cells are facilitated. Further, by disposing the select gates above and below the plurality of memory cell portions, the memory cell transistors are in an over-erased state, that is, the read voltage is 0V and the threshold value is in a negative state. However, the phenomenon that the cell current flows can be prevented. In this manufacturing example, a film formed on the surface of the semiconductor substrate or the polycrystalline silicon film, such as the silicon nitride film 310 which is the first insulating film and the silicon nitride film 340 which is the twelfth insulating film, is formed from the silicon surface side. A multi-layer film of silicon oxide film / silicon nitride film may be used.

【0070】本発明で用いている絶縁膜は、酸化膜及び
窒化膜に限らなくてもよいし、第二の溝部220に埋め
こむ絶縁膜のように、酸化膜及び窒化膜を入れ替えても
差し支えないところは入れ替えてもよい。なお、この製
造例は、マスクを用いることなく各メモリセルの制御ゲ
ートを一方向について連続するように形成した。これ
は、島状半導体層の配置が対称的でない場合に初めて可
能である。すなわち、第二もしくは第三の配線層方向の
島状半導体層との隣接間隔を、第四の配線層方向にそれ
より小さくすることにより、第四の配線層方向には分離
され、第二もしくは第三の配線層方向に繋がる配線層が
マスクなしで自動的に得られる。これに対して、例え
ば、島状半導体層の配置を対称にした場合には、フォト
リソグラフィによりレジストのパターンニング工程によ
り配線層の分離を行ってもよい。
The insulating film used in the present invention is not limited to the oxide film and the nitride film, and the oxide film and the nitride film may be exchanged like the insulating film buried in the second groove 220. You can replace places that do not exist. In this manufacturing example, the control gate of each memory cell was formed so as to be continuous in one direction without using a mask. This is possible only if the island-shaped semiconductor layers are not arranged symmetrically. That is, by making the adjacent interval with the island-shaped semiconductor layer in the second or third wiring layer direction smaller than that in the fourth wiring layer direction, separation is made in the fourth wiring layer direction. A wiring layer connected to the third wiring layer direction is automatically obtained without a mask. On the other hand, for example, when the island-shaped semiconductor layers are arranged symmetrically, the wiring layers may be separated by a resist patterning process by photolithography.

【0071】製造例2 この製造例で形成する半導体記憶装置は、半導体基板
を、例えば柱状に加工することで島状半導体層を形成
し、該島状半導体層の側面を活性領域面とし、該活性領
域面にトンネル酸化膜および電荷蓄積層として浮遊ゲー
トを複数形成し、各々の島状半導体層を半導体基板に対
して電気的にフローテイング状態とし、各々のメモリセ
ルの活性領域を電気的に共通とする半導体記憶装置にお
いて、島状半導体層の上部と下部に選択ゲート・トラン
ジスタを配置し、選択ゲート・トランジスタに挟まれて
メモリ・トランジスタを複数個、例えば2個配置し、各
々トランジスタを該島状半導体層に沿って直列に接続し
た構造であり、選択ゲート・トランジスタのゲート絶縁
膜厚がメモリ・トランジスタのゲート絶縁膜厚より大き
く、各々のトランジスタを下部から上部へと加工形成さ
れる。
Manufacturing Example 2 In the semiconductor memory device formed in this Manufacturing Example, a semiconductor substrate is processed into, for example, a columnar shape to form an island-shaped semiconductor layer, and the side surface of the island-shaped semiconductor layer serves as an active region surface. A plurality of floating gates are formed as tunnel oxide films and charge storage layers on the active region surface, and each island-shaped semiconductor layer is electrically floated with respect to the semiconductor substrate, and the active region of each memory cell is electrically connected. In a common semiconductor memory device, select gate transistors are arranged above and below an island-shaped semiconductor layer, and a plurality of memory transistors, for example, two memory transistors are arranged between the select gate transistors, and each transistor is It has a structure in which it is connected in series along the island-shaped semiconductor layer, and the gate insulating film thickness of the select gate transistor is larger than that of the memory transistor. First, each transistor is processed from the bottom to the top.

【0072】このような半導体記憶装置は以下の製造方
法により形成することができる。なお、図102〜図1
15及び図116〜図129は、それぞれEEPROM
のメモリセルアレイを示す図1のA−A’及びB−B’
断面図である。まず、半導体基板となる、例えばp型シ
リコン基板100の表面にマスク層となる第一の絶縁膜
として、例えばシリコン窒化膜310を200〜200
0nm堆積し、公知のフォトリソグラフィ技術によりパ
ターンニングされたレジストR11をマスクとして用い
て、反応性イオンエッチングにより第一の絶縁膜である
シリコン窒化膜310をエッチングし、つづいて反応性
イオンエッチングにより、例えばp型シリコン基板10
0を100〜5000nm程度エッチングして、B−
B’方向に沿って格子縞状の第一の溝部210を形成す
る(図102及び図116)。p型シリコン基板100
をエッチングする際は、レジストR11を除去し、第一
の絶縁膜であるシリコン窒化膜310をマスクに用いて
エッチングしてもよい。つづいて、公知のフォトリソグ
ラフィ技術によりパターンニングされたレジストR12
をマスクとして用いて、反応性イオンエッチングにより
第一の絶縁膜であるシリコン窒化膜310をエッチング
し、A―A’方向に沿って格子縞状の溝211を形成す
る(図103及び図117)。次いで、反応性イオンエ
ッチングによりp型シリコン基板100を2000〜2
0000nm程度エッチングして、格子縞状の溝212
を形成する(図104及び図118)。これにより半導
体基板であるp型シリコン基板100は、柱状をなし
て、複数の島状半導体層110に分離される。この際B
−B’に沿う方向の格子縞状の溝212は、A―A’に
沿う方向の格子縞状の溝212よりも深くなるよう形成
する。
Such a semiconductor memory device can be formed by the following manufacturing method. 102 to 1
15 and FIGS. 116 to 129 are EEPROMs, respectively.
1 of FIG. 1 showing the memory cell array of FIG.
FIG. First, a silicon nitride film 310, for example, 200 to 200 is formed on the surface of a p-type silicon substrate 100, which is a semiconductor substrate, as a first insulating film that is a mask layer.
Using the resist R11 which is deposited to a thickness of 0 nm and patterned by a known photolithography technique as a mask, the silicon nitride film 310 which is the first insulating film is etched by reactive ion etching, and then by reactive ion etching, For example, p-type silicon substrate 10
0 is etched to about 100 to 5000 nm, and B-
Lattice-striped first grooves 210 are formed along the B ′ direction (FIGS. 102 and 116). p-type silicon substrate 100
When etching is performed, the resist R11 may be removed and the silicon nitride film 310 that is the first insulating film may be used as a mask for etching. Subsequently, a resist R12 patterned by a known photolithography technique
Using as a mask, the silicon nitride film 310, which is the first insulating film, is etched by reactive ion etching to form the grid-like grooves 211 along the AA 'direction (FIGS. 103 and 117). Then, the p-type silicon substrate 100 is 2,000 to 2 by reactive ion etching.
Etching about 0000 nm to form a grid-like groove 212
Are formed (FIGS. 104 and 118). As a result, the p-type silicon substrate 100, which is a semiconductor substrate, has a columnar shape and is separated into a plurality of island-shaped semiconductor layers 110. At this time B
The grid-striped grooves 212 along the −B ′ direction are formed to be deeper than the grid-striped grooves 212 along the AA ′ direction.

【0073】次に、製造例1と同様に、各島状半導体層
110の側壁にチャネルイオン注入を行う。この不純物
導入の方法及び導入時期は製造例1と同様に限定されな
い。つづいて、島状半導体層110の表面を、例えば酸
化することで第二の絶縁膜として熱酸化膜410を10
〜100nm形成する。島状半導体層110が最小加工
寸法で形成されていた場合、熱酸化膜410の形成によ
り島状半導体層110の大きさが小さくなる。つまり、
最小加工寸法以下に形成される。その後、第五の絶縁膜
として、例えばシリコン酸化膜431を格子縞状の溝2
12にCVD法により50〜500nm堆積する。A―
A’に沿う方向の格子縞状の溝212よりも同等又は深
くに第五の絶縁膜であるシリコン酸化膜431を埋めこ
んだ後、島状半導体層110の分離部下底に対して不純
物導入を行う(図105及び図119)。例えばイオン
注入法により、0〜7°程度傾斜した方向から5〜10
0keVの注入エネルギーで、砒素1×1013〜1×1
16/cm2程度のドーズを行う。その後、熱処理を施
すことにより先に導入した不純物を拡散させ、不純物拡
散層710を形成する。この不純物拡散層710はその
後に特別な分離工程を必要とせず、そのまま第一の配線
層として形成される。その後、例えば熱酸化法を用いて
各島状半導体層110の周囲に、例えば10nm程度の
トンネル酸化膜となる第十三の絶縁膜としてシリコン酸
化膜481を形成する(図106及び図120)。この
際、トンネル酸化膜は熱酸化膜に限らず、CVD酸化膜
又は窒素酸化膜でもよい。つづいて、第一の導電膜とし
て、例えば多結晶シリコン膜511を50〜200nm
程度堆積した後、第一の導電膜である多結晶シリコン膜
511を、例えば反応性イオンエッチングによりサイド
ウオール状に所望の高さだけ残存させる(図107及び
図121)。その際、島状半導体層110の間隔を、図
1のA―A’方向について予め所定の値以下に設定して
おくことによって、マスク工程を用いることなく、その
方向に連続する選択ゲート線となる第二の配線層として
形成される。
Next, as in the case of Manufacturing Example 1, channel ion implantation is performed on the sidewalls of each island-shaped semiconductor layer 110. The method and time of introducing the impurities are not limited as in Production Example 1. Next, the surface of the island-shaped semiconductor layer 110 is oxidized, for example, to form the thermal oxide film 410 as a second insulating film.
~ 100 nm is formed. When the island-shaped semiconductor layer 110 is formed with the minimum processing size, the size of the island-shaped semiconductor layer 110 is reduced due to the formation of the thermal oxide film 410. That is,
It is formed below the minimum processing size. After that, as the fifth insulating film, for example, a silicon oxide film 431 is formed in the grid-shaped grooves 2
12 to 50 nm to 500 nm is deposited by the CVD method. A-
After the silicon oxide film 431, which is the fifth insulating film, is buried in the same or deeper than the lattice-stripe-shaped groove 212 in the direction along A ′, impurities are introduced into the bottom of the isolation portion of the island-shaped semiconductor layer 110. (FIGS. 105 and 119). For example, by ion implantation, 5 to 10 from a direction inclined by 0 to 7 °
Arsenic 1 × 10 13 to 1 × 1 with implantation energy of 0 keV
A dose of about 0 16 / cm 2 is performed. Then, heat treatment is performed to diffuse the impurities introduced earlier to form the impurity diffusion layer 710. This impurity diffusion layer 710 is directly formed as the first wiring layer without requiring a special separation step thereafter. After that, a silicon oxide film 481 is formed as a thirteenth insulating film to be a tunnel oxide film having a thickness of, for example, about 10 nm around each of the island-shaped semiconductor layers 110 by using, for example, a thermal oxidation method (FIGS. 106 and 120). At this time, the tunnel oxide film is not limited to the thermal oxide film, but may be a CVD oxide film or a nitrogen oxide film. Subsequently, for example, a polycrystalline silicon film 511 having a thickness of 50 to 200 nm is used as the first conductive film.
After being deposited to a degree, the polycrystalline silicon film 511, which is the first conductive film, is made to remain in a sidewall shape at a desired height by, for example, reactive ion etching (FIGS. 107 and 121). At that time, the distance between the island-shaped semiconductor layers 110 is set to a predetermined value or less in the AA ′ direction of FIG. 1 in advance, so that the selection gate lines continuous in the direction can be formed without using a mask process. Is formed as the second wiring layer.

【0074】次いで、例えば熱酸化法を用いて各島状半
導体層110の周囲及び第一の導電膜である多結晶シリ
コン膜511の周囲に、第七の絶縁膜として、例えばシ
リコン酸化膜451を10〜30nm程度形成し、その
後、第五の絶縁膜として、例えばシリコン酸化膜432
をCVD法により50〜500nm堆積し(図108及
び図122)、先のサイドウオール状に残存させた第一
の導電膜である多結晶シリコン膜511が完全に埋没す
るよう埋め込む(図109及び図123)。この際、第
一の導電膜である多結晶シリコン膜511の上端部にお
ける第五の絶縁膜であるシリコン酸化膜432の膜厚は
20〜30nm以下となるように設定する。その後、例
えば熱酸化法を用いて、10nm程度のトンネル酸化膜
となる第三の絶縁膜としてシリコン酸化膜422を形成
する。この際、第十三の絶縁膜であるシリコン酸化膜4
81と同様、熱酸化膜に限らず、CVD酸化膜又は窒素
酸化膜でもよく、第十三の絶縁膜であるシリコン酸化膜
481と同種の材料でなくてもよい。第三の絶縁膜であ
るシリコン酸化膜422及び第十三の絶縁膜であるシリ
コン酸化膜481の膜厚は任意に設定でき、第三の絶縁
膜であるシリコン酸化膜422は、第十三の絶縁膜であ
るシリコン酸化膜481の膜厚より薄くしてもよいし、
厚くしてもよいし、同等であってもよい。なお、第七の
絶縁膜であるシリコン酸化膜451は形成しなくてもよ
いが、その際、第三の絶縁膜であるシリコン酸化膜42
2については第四の絶縁膜であるシリコン酸化膜432
と接する付近での膜厚の不均一性が危惧されるため、予
め第七の絶縁膜であるシリコン酸化膜451を形成させ
ておくことが望ましい。
Then, for example, a silicon oxide film 451 is formed as a seventh insulating film around each of the island-shaped semiconductor layers 110 and around the polycrystalline silicon film 511 which is the first conductive film by using, for example, a thermal oxidation method. It is formed to have a thickness of about 10 to 30 nm, and then, for example, a silicon oxide film 432 is formed as a fifth insulating film.
Is deposited to a thickness of 50 to 500 nm by the CVD method (FIGS. 108 and 122), and the polycrystalline silicon film 511, which is the first conductive film left in the sidewall shape, is completely buried (FIGS. 109 and 122). 123). At this time, the film thickness of the silicon oxide film 432 which is the fifth insulating film at the upper end portion of the polycrystalline silicon film 511 which is the first conductive film is set to be 20 to 30 nm or less. After that, a silicon oxide film 422 is formed as a third insulating film to be a tunnel oxide film of about 10 nm by using, for example, a thermal oxidation method. At this time, the silicon oxide film 4 which is the 13th insulating film
Similar to 81, it is not limited to the thermal oxide film, but may be a CVD oxide film or a nitrogen oxide film, and need not be the same material as the silicon oxide film 481 which is the thirteenth insulating film. The thickness of the silicon oxide film 422 which is the third insulating film and the silicon oxide film 481 which is the thirteenth insulating film can be set arbitrarily, and the silicon oxide film 422 which is the third insulating film is It may be thinner than the silicon oxide film 481 which is an insulating film,
It may be thick or equivalent. The silicon oxide film 451 which is the seventh insulating film may not be formed, but in this case, the silicon oxide film 42 which is the third insulating film is formed.
2 is a silicon oxide film 432 which is a fourth insulating film.
Since there is a risk of non-uniformity of the film thickness in the vicinity of contact with, it is desirable to previously form the silicon oxide film 451 which is the seventh insulating film.

【0075】つづいて、第一の導電膜として、例えば多
結晶シリコン膜512を50〜200nm程度堆積した
後、第一の導電膜である多結晶シリコン膜512を、例
えば反応性イオンエッチングによりサイドウオール状に
所望の高さだけ残存させる。その後、層間絶縁膜612
を形成する(図110及び図124)。この層間絶縁膜
612は、例えばONO膜とする。ONO膜は、製造例
1と同様に形成することができる。つづいて、第二の導
電膜として、例えば多結晶シリコン膜522を15〜1
50nm堆積し、エッチバックすることで、第一の導電
膜である多結晶シリコン膜512の側部に層間絶縁膜6
12を介して第二の導電膜である多結晶シリコン膜52
2を配置させる(図111及び図125)。このとき、
図1のA―A’方向について予め所定の値以下に設定し
ておくことによって、マスク工程を用いることなく、そ
の方向に連続する制御ゲート線となる第三の配線層とし
て形成される。次いで、例えば熱酸化法を用いて各島状
半導体層110の周囲及び第二の導電膜である多結晶シ
リコン膜522の周囲に、第七の絶縁膜として、例えば
シリコン酸化膜452を10〜30nm程度形成し、そ
の後、第五の絶縁膜として、例えばシリコン酸化膜43
3をCVD法により50〜500nm堆積する(図11
2及び図126)。同様に繰り返すことで第三の配線層
の上、20〜30nm以下の位置に、トンネル酸化膜と
なる第三の絶縁膜として、例えばシリコン酸化膜423
を各島状半導体層110の表面で形成し、その側部に第
一の導電膜となる多結晶シリコン膜513を配置させ、
かつ第二の導電膜となる多結晶シリコン膜523を、層
間絶縁膜613を介して第一の導電膜である多結晶シリ
コン膜513の側部に配置させる。
Then, after depositing, for example, a polycrystalline silicon film 512 of about 50 to 200 nm as a first conductive film, the polycrystalline silicon film 512 that is the first conductive film is deposited on the sidewall by, for example, reactive ion etching. To a desired height. After that, the interlayer insulating film 612
Are formed (FIGS. 110 and 124). The interlayer insulating film 612 is, eg, an ONO film. The ONO film can be formed in the same manner as in Manufacturing Example 1. Subsequently, as the second conductive film, for example, a polycrystalline silicon film 522 having a thickness of 15 to 1 is formed.
By depositing 50 nm and etching back, the interlayer insulating film 6 is formed on the side of the polycrystalline silicon film 512 which is the first conductive film.
And a polycrystalline silicon film 52 which is a second conductive film
2 are arranged (FIGS. 111 and 125). At this time,
By setting the value to a predetermined value or less in the AA ′ direction in FIG. 1 in advance, it is formed as a third wiring layer which becomes a control gate line continuous in that direction without using a mask process. Then, for example, a silicon oxide film 452 is formed as a seventh insulating film around each island-shaped semiconductor layer 110 and around the polycrystalline silicon film 522 that is the second conductive film by using, for example, a thermal oxidation method to a thickness of 10 to 30 nm. Formed as a fifth insulating film, and then, for example, a silicon oxide film 43 is formed as a fifth insulating film.
No. 3 is deposited to a thickness of 50 to 500 nm by the CVD method (FIG. 11).
2 and FIG. 126). By repeating the same process, a silicon oxide film 423, for example, is formed on the third wiring layer at a position of 20 to 30 nm or less as a third insulating film to be a tunnel oxide film.
Is formed on the surface of each island-shaped semiconductor layer 110, and a polycrystalline silicon film 513 serving as a first conductive film is arranged on the side of the island-shaped semiconductor layer 110.
In addition, the polycrystalline silicon film 523 to be the second conductive film is arranged on the side of the polycrystalline silicon film 513 to be the first conductive film via the interlayer insulating film 613.

【0076】つづいて、例えば熱酸化法を用いて各島状
半導体層110の周囲及び第二の導電膜である多結晶シ
リコン膜523の周囲に、第七の絶縁膜としてシリコン
酸化膜453を10〜30nm程度形成し、その後、第
五の絶縁膜として、例えばシリコン酸化膜434をCV
D法により50〜500nm堆積し(図113及び図1
27)、エッチバックする。この際、第二の導電膜であ
る多結晶シリコン膜523の上端における、第五の絶縁
膜であるシリコン酸化膜434の膜厚は20〜30nm
以下にする。その後、トンネル酸化膜となる第十三の絶
縁膜としてシリコン酸化膜484を各島状半導体層11
0の表面で形成し、その側部に第一の導電膜となる多結
晶シリコン膜514を配置させる。第一の導電膜となる
多結晶シリコン膜514の上層に第五の絶縁膜として、
例えばシリコン酸化膜435をCVD法により50〜5
00nm堆積し(図114及び図128)、エッチバッ
クもしくはCMP法などにより島状半導体層110の上
部を露出させ、そこへ不純物導入を行い、熱処理により
不純物拡散層724を形成する。不純物導入に関して
は、例えばイオン注入法による砒素のドーピングや、ま
たCVD法により砒素を含む酸化膜を堆積し、その酸化
膜からの砒素拡散を利用してもよい。つづいて、第四の
配線層を第二もしくは第三の配線層と方向が交差するよ
う島状半導体層110の上部と接続する(図115及び
図129)。その後、公知の技術により層間絶縁膜を形
成し、コンタクトホールおよびメタル配線を形成する。
Then, a silicon oxide film 453 is formed as a seventh insulating film around each of the island-shaped semiconductor layers 110 and around the polycrystalline silicon film 523 which is the second conductive film by using, for example, a thermal oxidation method. ˜30 nm, and then, as a fifth insulating film, for example, a silicon oxide film 434 is CV
50 to 500 nm is deposited by the D method (see FIGS. 113 and 1).
27), etch back. At this time, the film thickness of the silicon oxide film 434 which is the fifth insulating film at the upper end of the polycrystalline silicon film 523 which is the second conductive film is 20 to 30 nm.
Below. After that, a silicon oxide film 484 is formed on each island-shaped semiconductor layer 11 as a thirteenth insulating film to be a tunnel oxide film.
It is formed on the surface of 0, and the polycrystalline silicon film 514 to be the first conductive film is arranged on the side thereof. As a fifth insulating film on the upper layer of the polycrystalline silicon film 514 to be the first conductive film,
For example, the silicon oxide film 435 may be formed in a thickness of 50 to 5 by a CVD method.
00 nm is deposited (FIGS. 114 and 128), the upper portion of the island-shaped semiconductor layer 110 is exposed by etch back or CMP method, impurities are introduced therein, and an impurity diffusion layer 724 is formed by heat treatment. Regarding the introduction of impurities, for example, arsenic doping by an ion implantation method or an oxide film containing arsenic may be deposited by a CVD method and arsenic diffusion from the oxide film may be used. Subsequently, the fourth wiring layer is connected to the upper portion of the island-shaped semiconductor layer 110 so that the direction intersects with the second or third wiring layer (FIGS. 115 and 129). After that, an interlayer insulating film is formed by a known technique, and a contact hole and a metal wiring are formed.

【0077】この製造例によっても、製造例1と同様の
効果が得られる。さらに製造工程が少なくなり、島状半
導体層の必要な高さを小さくすることができプロセスば
らつきが抑制される。これにより、第一の導電膜となる
多結晶シリコン膜を浮遊ゲートとする電荷蓄積層に蓄積
される電荷状態によってメモリ機能を有する半導体記憶
装置が実現する。また、各々のメモリセルの活性領域を
半導体基板に対してフローテイング状態とすることによ
り、基板からのバックバイアス効果がなくなり、読み出
し動作の際、直列に接続された両端に位置するメモリセ
ルの閾値の変動がなくなる。さらに、活性領域面である
島状半導体層110の側面を酸化し、該酸化膜410を
除去し、柱状に加工された島状半導体層110を最小加
工寸法以下で形成することにより、メモリセルの占有面
積を増加させずに浮遊ゲートと島状半導体層との容量に
対する浮遊ゲートと制御ゲートとの容量の比を増大させ
ることが可能となり、メモリセルの書き込み,消去が容
易になる。また、複数のメモリセル部の上部と下部に選
択ゲートを配置することで、メモリセルトランジスタが
過剰消去の状態、すなわち、読み出し電圧が0Vであっ
てしきい値が負の状態になり、非選択セルでもセル電流
が流れる現象を防止することができる。
Also in this manufacturing example, the same effect as in manufacturing example 1 can be obtained. Furthermore, the number of manufacturing steps is reduced, the required height of the island-shaped semiconductor layer can be reduced, and process variations can be suppressed. As a result, a semiconductor memory device having a memory function is realized by the charge state accumulated in the charge accumulation layer having the polycrystalline silicon film serving as the first conductive film as the floating gate. In addition, by setting the active region of each memory cell to the floating state with respect to the semiconductor substrate, the back bias effect from the substrate is eliminated, and the threshold value of the memory cells located at both ends connected in series during the read operation. Fluctuations disappear. Further, the side surface of the island-shaped semiconductor layer 110, which is the active region surface, is oxidized, the oxide film 410 is removed, and the island-shaped semiconductor layer 110 processed into a columnar shape is formed with a minimum processing dimension or less. It is possible to increase the ratio of the capacitance of the floating gate and the control gate to the capacitance of the floating gate and the island-shaped semiconductor layer without increasing the occupied area, which facilitates writing and erasing of the memory cell. Further, by disposing the select gates above and below the plurality of memory cell portions, the memory cell transistors are in an over-erased state, that is, the read voltage is 0 V and the threshold value is in a negative state, and the non-selected memory cells are not selected. It is possible to prevent a cell current from flowing even in a cell.

【0078】この製造例では、第一の絶縁膜であるシリ
コン窒化膜310、第十二の絶縁膜であるシリコン窒化
膜340のような半導体基板もしくは多結晶シリコン膜
の表面に形成される膜はシリコン表面側からシリコン酸
化膜/シリコン窒化膜の複層膜としてもよい。また、本
発明で用いている絶縁膜は酸化膜及び窒化膜でなくても
よく、第二の溝部220に埋めこむ絶縁膜のように酸化
膜及び窒化膜を入れ替えても差し支えないところは入れ
替えてもよい。なお、この製造例では、マスクを用いる
ことなく各メモリセルの制御ゲートを一方向について連
続するように形成した。これは、島状半導体層の配置が
対称的でない場合に初めて可能である。すなわち、第二
もしくは第三の配線層方向の島状半導体層との隣接間隔
を、第四の配線層方向にそれより小さくすることによ
り、第四の配線層方向には分離され、第二もしくは第三
の配線層方向に繋がる配線層がマスクなしで自動的に得
られる。これに対して、例えば、島状半導体層の配置を
対称にした場合には、フォトリソグラフィによりレジス
トのパターンニング工程により配線層の分離を行っても
よい。また、第七の絶縁膜であるシリコン酸化膜452
〜453は先に述べた第七の絶縁膜であるシリコン酸化
膜451と同様の理由により形成しなくてもよいが、第
三の絶縁膜であるシリコン酸化膜423及び第十三の絶
縁膜であるシリコン酸化膜484の膜厚均一性向上のた
めに形成させておくことが望ましい。
In this manufacturing example, films such as the silicon nitride film 310 which is the first insulating film and the silicon nitride film 340 which is the twelfth insulating film are formed on the surface of the semiconductor substrate or the polycrystalline silicon film. A multi-layer film of silicon oxide film / silicon nitride film may be formed from the silicon surface side. Further, the insulating film used in the present invention does not have to be an oxide film and a nitride film, and an oxide film and a nitride film, such as an insulating film to be buried in the second groove portion 220, may be replaced with each other. Good. In this manufacturing example, the control gate of each memory cell was formed continuously in one direction without using a mask. This is possible only if the island-shaped semiconductor layers are not arranged symmetrically. That is, by making the adjacent interval with the island-shaped semiconductor layer in the second or third wiring layer direction smaller than that in the fourth wiring layer direction, separation is made in the fourth wiring layer direction. A wiring layer connected to the third wiring layer direction is automatically obtained without a mask. On the other hand, for example, when the island-shaped semiconductor layers are arranged symmetrically, the wiring layers may be separated by a resist patterning process by photolithography. In addition, a silicon oxide film 452 which is a seventh insulating film
˜453 do not have to be formed for the same reason as the silicon oxide film 451 which is the seventh insulating film described above, but the silicon oxide film 423 which is the third insulating film and the thirteenth insulating film are the same. It is desirable to form the silicon oxide film 484 in order to improve the film thickness uniformity.

【0079】さらに、この製造例では、ある段のメモリ
セルあるいは制御ゲートが完全に完成してから上段のメ
モリセルあるいは制御ゲートの形成を開始しているが、
製造例1と同様、予めトンネル酸化膜と浮遊ゲートを全
段分形成し、その後各段ごとに第二の配線層あるいは層
間絶縁膜と第三の配線層を形成してもよい。より具体的
には、第一の導電膜である多結晶シリコン膜511〜5
14を形成する際(図85〜図87及び図95〜図9
7)、各第一の導電膜である多結晶シリコン膜511〜
514のスペースの間隔が20〜30nm以下となるよ
うに設定し、不純物拡散層721、722、723、7
24を導入しない(図88及び図98)こと以外は製造
例1と同様に行うことができる。第一の配線層の形成方
法も、製造例1と同様、第二の導電膜である多結晶シリ
コン膜521と自己整合で半導体基板であるp型シリコ
ン基板100に第二の溝部220を形成し(図10
1)、第一の配線層の分離部を形成してもよい。
Further, in this manufacturing example, the formation of the memory cell or control gate in the upper stage is started after the memory cell or control gate in a certain stage is completely completed.
Similar to the manufacturing example 1, the tunnel oxide film and the floating gate may be formed in advance for all stages, and then the second wiring layer or the interlayer insulating film and the third wiring layer may be formed in each stage. More specifically, the polycrystalline silicon films 511 to 5 which are the first conductive films.
14 (FIGS. 85 to 87 and 95 to 9)
7), polycrystalline silicon films 511 to 11 which are first conductive films
The spacing between the spaces of 514 is set to 20 to 30 nm or less, and the impurity diffusion layers 721, 722, 723, 7 are set.
The same procedure as in Production Example 1 can be performed except that 24 is not introduced (FIGS. 88 and 98). Also in the method of forming the first wiring layer, the second groove portion 220 is formed in the p-type silicon substrate 100 which is the semiconductor substrate in a self-alignment manner with the polycrystalline silicon film 521 which is the second conductive film, as in Manufacturing Example 1. (Fig. 10
1), the separation portion of the first wiring layer may be formed.

【0080】製造例3 この製造例で形成する半導体記憶装置は、酸化膜が挿入
された半導体基板、例えばSOI基板の酸化膜上の半導
体部を、柱状に加工することで島状半導体層を形成し、
該島状半導体層の側面を活性領域面とし、該活性領域面
にトンネル酸化膜および電荷蓄積層として浮遊ゲートを
複数形成し、各々の島状半導体層を半導体基板に対して
電気的に共通とし、各々のメモリセルの活性領域を電気
的にフローテイング状態とする半導体記憶装置におい
て、島状半導体層の上部と下部に選択ゲート・トランジ
スタを配置し、選択ゲート・トランジスタに挟まれてメ
モリ・トランジスタを複数個、例えば2個配置し、各々
トランジスタを該島状半導体層に沿って直列に接続した
構造であり、選択ゲート・トランジスタのゲート絶縁膜
厚がメモリ・トランジスタのゲート絶縁膜厚より大き
く、各々のトランジスタを下部から上部へと加工形成さ
れる。
Manufacturing Example 3 In the semiconductor memory device formed in this Manufacturing Example, an island-shaped semiconductor layer is formed by processing a semiconductor substrate on which an oxide film is inserted, for example, a semiconductor portion on the oxide film of an SOI substrate into a columnar shape. Then
A side surface of the island-shaped semiconductor layer is used as an active region surface, a plurality of floating gates are formed as tunnel oxide films and charge storage layers on the active region surface, and each island-shaped semiconductor layer is electrically common to a semiconductor substrate. In a semiconductor memory device in which the active region of each memory cell is electrically floated, select gate transistors are arranged above and below the island-shaped semiconductor layer, and the memory transistor is sandwiched between the select gate transistors. A plurality of, for example two, transistors are connected in series along the island-shaped semiconductor layer, and the gate insulating film thickness of the select gate transistor is larger than the gate insulating film thickness of the memory transistor, Each transistor is machined from bottom to top.

【0081】このような半導体記憶装置は以下の製造方
法により形成することができる。なお、図130〜図1
36及び図137〜図143は、EEPROMのメモリ
セルアレイを示す図1のA−A′線およびB−B′線断
面図である。基板としてSOI基板101を用い、その
表面にマスク層となる第一の絶縁膜として、例えばシリ
コン窒化膜310を200〜2000nm堆積し、公知
のフォトリソグラフィ技術によりパターンニングされた
レジストR11をマスクとして用いて、反応性イオンエ
ッチングにより第一の絶縁膜であるシリコン窒化膜31
0をエッチングし、つづいて反応性イオンエッチングに
よりSOI基板101表面を10〜5000nmエッチ
ングして、B−B’方向に沿って格子縞状の第一の溝部
210を形成する(図130及び図137)。SOI基
板101をエッチングする際はレジストR11を除去
し、第一の絶縁膜であるシリコン窒化膜310をマスク
に用いてエッチングしてもよい。
Such a semiconductor memory device can be formed by the following manufacturing method. Note that FIGS.
36 and FIGS. 137 to 143 are cross-sectional views taken along the line AA ′ and the line BB ′ of FIG. 1 showing the memory cell array of the EEPROM. An SOI substrate 101 is used as a substrate, and a silicon nitride film 310, for example, having a thickness of 200 to 2000 nm is deposited on the surface of the SOI substrate 101 as a mask layer, and a resist R11 patterned by a known photolithography technique is used as a mask. Then, the silicon nitride film 31 which is the first insulating film is formed by reactive ion etching.
0, and then the reactive ion etching is performed to etch the surface of the SOI substrate 101 by 10 to 5000 nm to form the first groove portions 210 having a lattice stripe shape along the BB 'direction (FIGS. 130 and 137). . When the SOI substrate 101 is etched, the resist R11 may be removed and the silicon nitride film 310 that is the first insulating film may be used as a mask for etching.

【0082】つづいて、公知のフォトリソグラフィ技術
によりパターンニングされたレジストR12をマスクと
して用いて、反応性イオンエッチングにより第一の絶縁
膜であるシリコン窒化膜310をエッチングし、A―
A’方向に沿って格子縞状の溝211を形成する(図1
31及び図138)。次いで、反応性イオンエッチング
によりSOI基板101を2000〜20000nm程
度エッチングして、格子縞状の溝212を形成する(図
132及び図139)。これによりSOI基板101表
面のp型シリコン部は、柱状をなして複数の島状半導体
層110に分離される。この際B−B’に沿う方向には
島状半導体層110の分離部にSOI基板101の絶縁
層部を露出させ、A―A’に沿う方向にはSOI基板1
01表面のp型シリコン部が残存するようにする。次
に、製造例1と同様に、各島状半導体層110の側壁に
チャネルイオン注入を行う。この不純物導入の方法及び
導入時期は、製造例1と同様に限定されない。つづい
て、島状半導体層110の表面を、例えば酸化すること
で第二の絶縁膜として、例えば熱酸化膜410を10〜
100nm形成する。この時、島状半導体層110が最
小加工寸法で形成されていた場合、熱酸化膜410の形
成により島状半導体層110の大きさが小さくなる。つ
まり、最小加工寸法以下に形成される。このように第二
の絶縁膜である熱酸化膜410を形成した後、島状半導
体層110の分離部のA―A’に沿う方向に残存するS
OI基板101表面のp型シリコン部に対して第二の絶
縁膜である熱酸化膜410越しに不純物導入を行う(図
133及び図140)。例えばイオン注入法により、0
〜7°程度傾斜した方向から5〜100keVの注入エ
ネルギーで、砒素1×1013〜1×1016/cm2程度
のドーズを行う。その後、熱処理を施すことにより先に
導入した不純物を拡散させ、不純物拡散層710を形成
する(図134及び図141)。この不純物拡散層71
0は、その後に特別な分離工程を必要とせず、そのまま
第一の配線層として形成される。
Then, using the resist R12 patterned by a known photolithography technique as a mask, the silicon nitride film 310 which is the first insulating film is etched by reactive ion etching, and A-
Grooves 211 having a checkered pattern are formed along the A ′ direction (see FIG. 1).
31 and FIG. 138). Then, the SOI substrate 101 is etched to about 2000 to 20000 nm by reactive ion etching to form grooves 212 having a lattice stripe shape (FIGS. 132 and 139). As a result, the p-type silicon portion on the surface of the SOI substrate 101 has a columnar shape and is separated into a plurality of island-shaped semiconductor layers 110. At this time, the insulating layer portion of the SOI substrate 101 is exposed at the separation portion of the island-shaped semiconductor layer 110 in the direction along BB ′, and the SOI substrate 1 is formed in the direction along AA ′.
01 so that the p-type silicon portion on the surface remains. Next, as in Manufacturing Example 1, channel ion implantation is performed on the sidewall of each island-shaped semiconductor layer 110. The method and timing of introducing the impurities are not limited as in Production Example 1. Next, the surface of the island-shaped semiconductor layer 110 is oxidized, for example, to form a second insulating film, for example, a thermal oxide film 410 in a thickness of 10 to 10.
100 nm is formed. At this time, if the island-shaped semiconductor layer 110 is formed with the minimum processing size, the size of the island-shaped semiconductor layer 110 is reduced due to the formation of the thermal oxide film 410. In other words, it is formed with the minimum processing dimension or less. After the thermal oxide film 410, which is the second insulating film, is formed in this way, S remaining in the direction along the line AA ′ of the isolation portion of the island-shaped semiconductor layer 110 is left.
Impurities are introduced into the p-type silicon portion on the surface of the OI substrate 101 through the thermal oxide film 410 which is the second insulating film (FIGS. 133 and 140). For example, by the ion implantation method, 0
A dose of about 1 × 10 13 to 1 × 10 16 / cm 2 of arsenic is performed with an implantation energy of 5 to 100 keV from a direction inclined by about 7 °. Then, heat treatment is performed to diffuse the impurities introduced earlier to form the impurity diffusion layer 710 (FIGS. 134 and 141). This impurity diffusion layer 71
0 does not require a special separation step thereafter, and is directly formed as the first wiring layer.

【0083】次いで、第五の絶縁膜として、例えばシリ
コン酸化膜431を格子縞状の溝212にCVD法によ
り50〜500nm堆積する。格子縞状の溝212の所
望の深さまで第五の絶縁膜であるシリコン酸化膜431
を埋めこんだ後、例えばCVD法を用いて各島状半導体
層110の周囲に、例えば10nm程度のトンネル酸化
膜となる第十三の絶縁膜としてシリコン酸化膜481を
形成する(図135及び図142)。この際、トンネル
酸化膜はCVD酸化膜に限らず、熱酸化膜もしくは窒素
酸化膜でもよい。以降の工程は、製造例2(図107〜
図115及び図121〜図129)に準じて行うことが
できる。
Next, as a fifth insulating film, for example, a silicon oxide film 431 is deposited in the lattice-striped grooves 212 by the CVD method to a thickness of 50 to 500 nm. The silicon oxide film 431 which is the fifth insulating film is formed to the desired depth of the grid-like grooves 212.
Then, a silicon oxide film 481 is formed as a thirteenth insulating film to be a tunnel oxide film having a thickness of, for example, about 10 nm around each island-shaped semiconductor layer 110 by using, for example, the CVD method (FIGS. 135 and 135). 142). At this time, the tunnel oxide film is not limited to the CVD oxide film, but may be a thermal oxide film or a nitrogen oxide film. The subsequent steps are the same as those in Production Example 2 (see FIGS.
115 and FIGS. 121 to 129).

【0084】この製造例によっても、製造例2と同様の
効果が得られ、さらに、第一の配線層となる不純物拡散
層710の接合容量が抑制される。これにより、第一の
導電膜となる多結晶シリコン膜を浮遊ゲートとする電荷
蓄積層に蓄積される電荷状態によってメモリ機能を有す
る半導体記憶装置が実現する。また、各々のメモリセル
の活性領域を半導体基板に対してフローテイング状態と
することにより、基板からのバックバイアス効果がなく
なり、読み出し動作の際、直列に接続された両端に位置
するメモリセルの閾値の変動がなくなる。さらに、活性
領域面である島状半導体層110の側面を酸化し、該酸
化膜410を除去し、柱状に加工された島状半導体層1
10を最小加工寸法以下で形成することにより、メモリ
セルの占有面積を増加させずに浮遊ゲートと島状半導体
層との容量に対する浮遊ゲートと制御ゲートとの容量の
比を増大させることが可能となり、メモリセルの書き込
み、消去が容易になる。
According to this manufacturing example as well, the same effect as in Manufacturing Example 2 can be obtained, and further, the junction capacitance of the impurity diffusion layer 710 serving as the first wiring layer is suppressed. As a result, a semiconductor memory device having a memory function is realized by the charge state accumulated in the charge accumulation layer having the polycrystalline silicon film serving as the first conductive film as the floating gate. In addition, by setting the active region of each memory cell to the floating state with respect to the semiconductor substrate, the back bias effect from the substrate is eliminated, and the threshold value of the memory cells located at both ends connected in series during the read operation. Fluctuations disappear. Further, the side surface of the island-shaped semiconductor layer 110, which is the active region surface, is oxidized, the oxide film 410 is removed, and the island-shaped semiconductor layer 1 processed into a pillar shape.
By forming 10 with the minimum processing dimension or less, it becomes possible to increase the ratio of the capacitance of the floating gate and the control gate to the capacitance of the floating gate and the island-shaped semiconductor layer without increasing the occupied area of the memory cell. , Writing and erasing of memory cells becomes easy.

【0085】また、複数のメモリセル部の上部と下部に
選択ゲートを配置することでメモリセルトランジスタが
過剰消去の状態、すなわち、読み出し電圧が0Vであっ
てしきい値が負の状態になり、非選択セルでもセル電流
が流れる現象を防止することができる。この製造例で
は、第一の絶縁膜であるシリコン窒化膜310、第十二
の絶縁膜であるシリコン窒化膜340のような半導体基
板もしくは多結晶シリコン膜の表面に形成される膜はシ
リコン表面側からシリコン酸化膜/シリコン窒化膜の複
層膜としてもよい。本発明で用いている絶縁膜は、酸化
膜及び窒化膜に限らなくてもよいし、第二の溝部220
に埋めこむ絶縁膜のように酸化膜及び窒化膜を入れ替え
ても差し支えないところは入れ替えてもよい。なお、こ
の製造例では、マスクを用いることなく各メモリセルの
制御ゲートを一方向について連続するように形成した。
これは、島状半導体層の配置が対称的でない場合に初め
て可能である。すなわち、第二もしくは第三の配線層方
向の島状半導体層との隣接間隔を、第四の配線層方向に
それより小さくすることにより、第四の配線層方向には
分離され、第二もしくは第三の配線層方向に繋がる配線
層がマスクなしで自動的に得られる。これに対して、例
えば、島状半導体層の配置を対称にした場合には、フォ
トリソグラフィによりレジストのパターンニング工程に
より配線層の分離を行ってもよい。
Further, by disposing the select gates above and below the plurality of memory cell portions, the memory cell transistors are in an over-erased state, that is, the read voltage is 0 V and the threshold value is negative. It is possible to prevent the cell current from flowing even in a non-selected cell. In this manufacturing example, a film formed on the surface of the semiconductor substrate or the polycrystalline silicon film, such as the silicon nitride film 310 which is the first insulating film and the silicon nitride film 340 which is the twelfth insulating film, is the silicon surface side. To a silicon oxide film / silicon nitride film multilayer film. The insulating film used in the present invention is not limited to the oxide film and the nitride film, and the second groove portion 220 may be used.
Where an oxide film and a nitride film may be replaced, such as an insulating film to be buried in, may be replaced. In this manufacturing example, the control gate of each memory cell was formed continuously in one direction without using a mask.
This is possible only if the island-shaped semiconductor layers are not arranged symmetrically. That is, by making the adjacent interval with the island-shaped semiconductor layer in the second or third wiring layer direction smaller than that in the fourth wiring layer direction, separation is made in the fourth wiring layer direction. A wiring layer connected to the third wiring layer direction is automatically obtained without a mask. On the other hand, for example, when the island-shaped semiconductor layers are arranged symmetrically, the wiring layers may be separated by a resist patterning process by photolithography.

【0086】製造例4 この製造例で形成する半導体記憶装置は、製造例1にお
いて、第十三の絶縁膜であるゲート酸化膜481、48
4及び第三の絶縁膜であるトンネル酸化膜422、42
3を島状半導体層110の熱酸化で形成する際、図14
5及び図147に示すように上部のメモリセル及び選択
ゲートになる程、島状半導体層110の径が減少する。
例えば、第十三の絶縁膜であるゲート酸化膜481を島
状半導体層110の熱酸化で形成した場合、島状半導体
層110の側面は第十三の絶縁膜であるシリコン酸化膜
481となって消費されており、第五の絶縁膜であるシ
リコン酸化膜除去時に第一の導電膜である多結晶シリコ
ン膜511に覆われない領域の第十三の絶縁膜であるシ
リコン酸化膜481は除去される。よって、図144及
び図146に示すように、島状半導体層110上部の径
の減少が起こる。上の段のメモリセル及び選択ゲートは
この径の減少した島状半導体層110に形成していくこ
とから、メモリセル及び選択ゲートは上部になる程島状
半導体層110の径が減少した形状となる。また、図1
45及び図147のように、半導体基板100に対して
垂直な方向に直列にメモリセルを配置できる構造である
ならば島状110の形状は特に限定されない。
Manufacture Example 4 The semiconductor memory device formed in this Manufacture Example is the same as that in Manufacture Example 1 except that the gate oxide films 481 and 48 which are the thirteenth insulating films.
4 and tunnel oxide films 422 and 42 which are third insulating films
3 is formed by thermal oxidation of the island-shaped semiconductor layer 110.
As shown in FIG. 5 and FIG. 147, the diameter of the island-shaped semiconductor layer 110 decreases toward the upper memory cell and the select gate.
For example, when the gate oxide film 481 which is the thirteenth insulating film is formed by thermal oxidation of the island-shaped semiconductor layer 110, the side surface of the island-shaped semiconductor layer 110 becomes the silicon oxide film 481 which is the thirteenth insulating film. The silicon oxide film 481 which is the 13th insulating film in the region which is not covered with the polycrystalline silicon film 511 which is the first conductive film is removed when the silicon oxide film which is the fifth insulating film is removed. To be done. Therefore, as shown in FIGS. 144 and 146, the diameter of the upper portion of the island-shaped semiconductor layer 110 is reduced. Since the memory cells and select gates in the upper stage are formed in the island-shaped semiconductor layer 110 having the reduced diameter, the memory cells and select gates have a shape in which the diameter of the island-shaped semiconductor layer 110 is reduced toward the top. . Also, FIG.
As shown in FIG. 45 and FIG. 147, the shape of the island 110 is not particularly limited as long as it has a structure in which memory cells can be arranged in series in a direction perpendicular to the semiconductor substrate 100.

【0087】製造例5 この製造例で形成する半導体記憶装置は、半導体基板を
例えば柱状に加工することで島状半導体層を形成し、該
島状半導体層の側面を活性領域面とし、該活性領域面に
トンネル酸化膜および電荷蓄積層として積層絶縁膜を複
数形成し、各々の島状半導体層を半導体基板に対して電
気的にフローテイング状態とし、各々のメモリセルの活
性領域を電気的にフローテイング状態とする半導体記憶
装置において、島状半導体層の上部と下部に選択ゲート
・トランジスタを配置し、選択ゲート・トランジスタに
挟まれてメモリ・トランジスタを複数個、例えば2個配
置し、各々トランジスタを該島状半導体層に沿って直列
に接続した構造であり、選択ゲート・トランジスタのゲ
ート絶縁膜厚がメモリ・トランジスタのゲート絶縁膜厚
より大きく、各々のトランジスタを下部から上部へと加
工形成される。
Manufacture Example 5 In the semiconductor memory device formed in this Manufacture Example, an island-shaped semiconductor layer is formed by processing a semiconductor substrate into, for example, a columnar shape, and the side surface of the island-shaped semiconductor layer serves as an active region surface. A plurality of laminated insulating films are formed as a tunnel oxide film and a charge storage layer on the region surface, and each island-shaped semiconductor layer is electrically floated to the semiconductor substrate, and the active region of each memory cell is electrically In a floating semiconductor memory device, select gate transistors are arranged above and below an island-shaped semiconductor layer, and a plurality of memory transistors, for example, two memory transistors are arranged between the select gate transistors. Are connected in series along the island-shaped semiconductor layer, and the gate insulating film thickness of the select gate transistor is equal to the gate insulating film of the memory transistor. Each transistor is processed and formed from the bottom to the top, which is larger than the film thickness.

【0088】このような半導体記憶装置は以下の製造方
法により形成することができる。なお、図148及び図
149は、それぞれEEPROMのメモリセルアレイを
示す図9のA−A’及びB−B’断面図である。この製
造例では、製造例1に対し、第三の絶縁膜であるシリコ
ン酸化膜422、423を形成せず、かわりに積層絶縁
膜622、623をそれぞれ形成し、また、第二の導電
膜である多結晶シリコン521〜524を形成せず、図
9のA−A’線方向に対して第一の導電膜である多結晶
シリコン511〜514がそれぞれ連続するように堆積
膜厚及びエッチング量を調整し、かつ第一の配線層を分
離するための第二の溝220が第一の導電膜である多結
晶シリコン511に対して自己整合で異方性エッチング
する(図148及び図149)。また、第一の導電膜で
ある多結晶シリコン膜511〜514の不純物の導入
は、多結晶シリコン膜の成膜時に行ってもよいし、成膜
後もしくはサイドウオール形成後に行ってもよいし、導
電膜としてなれば導入時期は制限されない。
Such a semiconductor memory device can be formed by the following manufacturing method. 148 and 149 are cross-sectional views taken along the lines AA ′ and BB ′ of FIG. 9 showing the memory cell array of the EEPROM, respectively. In this manufacturing example, unlike the manufacturing example 1, the silicon oxide films 422 and 423 which are the third insulating films are not formed, but instead the laminated insulating films 622 and 623 are respectively formed, and the second conductive film is used. Without forming any polycrystalline silicon 521 to 524, the deposited film thickness and the etching amount are set so that the polycrystalline silicon 511 to 514 which are the first conductive film are continuous in the AA ′ line direction of FIG. The second groove 220 for adjusting and separating the first wiring layer is anisotropically etched by self-alignment with respect to the polycrystalline silicon 511 which is the first conductive film (FIGS. 148 and 149). Further, the introduction of the impurities into the polycrystalline silicon films 511 to 514 which are the first conductive films may be performed at the time of forming the polycrystalline silicon film, or after the film formation or the sidewall formation, The introduction time is not limited as long as it is a conductive film.

【0089】なお、この製造例では、マスクを用いるこ
となく各メモリセルの制御ゲートを一方向について連続
するように形成した。これは、島状半導体層の配置が対
称的でない場合に初めて可能である。すなわち、第二も
しくは第三の配線層方向の島状半導体層との隣接間隔
を、第四の配線層方向のそれより小さくすることによ
り、第四の配線層方向には分離され、第二もしくは第三
の配線層方向に繋がる配線層がマスクなしで自動的に得
られる。これに対して、例えば、島状半導体層の配置を
対称にした場合にはフォトリソグラフィによりレジスト
のパターンニング工程により配線層の分離を行ってもよ
い。また、複数のメモリセル部の上部と下部に選択ゲー
トを配置することでメモリセルトランジスタが過剰消去
の状態、すなわち、読み出し電圧が0Vであって、しき
い値が負の状態になり、非選択セルでもセル電流が流れ
る現象を防止することができる。
In this manufacturing example, the control gate of each memory cell is formed so as to be continuous in one direction without using a mask. This is possible only if the island-shaped semiconductor layers are not arranged symmetrically. That is, by making the adjacent distance to the island-shaped semiconductor layer in the second or third wiring layer direction smaller than that in the fourth wiring layer direction, the second wiring layer is separated in the fourth wiring layer direction, A wiring layer connected to the third wiring layer direction is automatically obtained without a mask. On the other hand, for example, when the island-shaped semiconductor layers are arranged symmetrically, the wiring layers may be separated by a resist patterning process by photolithography. Further, by disposing the select gates above and below the plurality of memory cell portions, the memory cell transistors are in an over-erased state, that is, the read voltage is 0 V and the threshold value is in a negative state, so that the non-selection is performed. It is possible to prevent a cell current from flowing even in a cell.

【0090】製造例6 この製造例で形成する半導体記憶装置は、半導体基板
を、例えば柱状に加工することで島状半導体層を形成
し、該島状半導体層の側面を活性領域面とし、該活性領
域面にゲート酸化膜を複数形成し、電荷蓄積層としてM
ISキャパシタとなるゲート及び選択ゲートを形成し、
該島状半導体層を半導体基板に対して電気的にフローテ
イング状態とし、各々のメモリセルの活性領域を電気的
にフローテイング状態とする半導体記憶装置において、
島状半導体層の上部から順にトランジスタ、MISキャ
パシタ、トランジスタ、MISキャパシタを配置し、且
つ、トランジスタのゲート絶縁膜厚がMISキャパシタ
のゲート絶縁膜厚と等しい構造である。
Manufacture Example 6 In the semiconductor memory device formed in this Manufacture Example, an island-shaped semiconductor layer is formed by processing a semiconductor substrate into, for example, a columnar shape, and the side surface of the island-shaped semiconductor layer serves as an active region surface. A plurality of gate oxide films are formed on the active region surface, and M is used as a charge storage layer.
Forming a gate and a select gate that will be IS capacitors,
In a semiconductor memory device in which the island-shaped semiconductor layer is electrically floated with respect to a semiconductor substrate and the active regions of each memory cell are electrically floated,
A transistor, a MIS capacitor, a transistor, and a MIS capacitor are arranged in this order from the upper part of the island-shaped semiconductor layer, and the gate insulating film thickness of the transistor is equal to the gate insulating film thickness of the MIS capacitor.

【0091】このような半導体記憶装置は以下の製造方
法により形成することができる。なお、図150〜図1
51及び図152〜図153は、DRAMのメモリセル
アレイを示す図10のA−A’線およびB−B’線断面
図である。この製造例では、製造例1に対し、不純物拡
散層710を形成せず、また第二の導電膜である多結晶
シリコン521〜524を形成せず、図9のA−A’線
方向に対して第一の導電膜である多結晶シリコン511
〜514がそれぞれ連続するよう形成し、かつ、島状半
導体層110に形成する不純物拡散層726、727
を、図150及び図152に示すように分布させること
により実現する。なお、図150及び図152に対し、
島状半導体層110の上部から順にトランジスタ、MI
Sキャパシタ、MISキャパシタ、トランジスタを配置
する場合は、不純物拡散層710を形成し、図10のB
−B′線方向について不純物拡散層を分離するための第
二の溝220を形成し、かつ、島状半導体層110に形
成する不純物拡散層726、727を、図151及び図
153に示すように分布させることにより実現する。こ
の製造例では、一つのトランジスタと一つのMISキャ
パシタによって構成されるメモリセルが各島状半導体層
110に二つ配置される場合の例を示したが、各島状半
導体層110にメモリセルを一つ配置してもよいし、三
つ以上配置してもよい。また、第一の導電膜である多結
晶シリコン膜511〜514の不純物の導入は多結晶シ
リコン膜の成膜時に行ってもよいし、成膜後もしくはサ
イドウオール形成後に行ってもよいし、導電膜としてな
れば導入時期は制限されない。
Such a semiconductor memory device can be formed by the following manufacturing method. Note that FIG. 150 to FIG.
51 and FIGS. 152 to 153 are cross-sectional views taken along the line AA ′ and the line BB ′ of FIG. 10 showing the memory cell array of the DRAM. In this manufacturing example, unlike the manufacturing example 1, the impurity diffusion layer 710 is not formed, and the polycrystalline silicon films 521 to 524 that are the second conductive films are not formed. First conductive film, polycrystalline silicon 511
To 514 are formed continuously, and the impurity diffusion layers 726 and 727 are formed in the island-shaped semiconductor layer 110.
Are distributed as shown in FIGS. 150 and 152. Note that, in contrast to FIGS. 150 and 152,
Transistors and MI are arranged in this order from the top of the island-shaped semiconductor layer 110.
When arranging the S capacitor, the MIS capacitor, and the transistor, the impurity diffusion layer 710 is formed, and
As shown in FIGS. 151 and 153, the impurity diffusion layers 726 and 727 that form the second groove 220 for separating the impurity diffusion layers in the −B ′ line direction and that are formed in the island-shaped semiconductor layer 110 are formed as shown in FIGS. It is realized by distributing. In this manufacturing example, an example in which two memory cells each including one transistor and one MIS capacitor are arranged in each island-shaped semiconductor layer 110 has been described. One may be arranged, or three or more may be arranged. Further, the introduction of impurities into the polycrystalline silicon films 511 to 514 which are the first conductive films may be performed at the time of forming the polycrystalline silicon film, or after the film formation or the sidewall formation. If it becomes a film, the time of introduction is not limited.

【0092】なお、この製造例では、マスクを用いるこ
となく各メモリセルの制御ゲートを一方向について連続
するように形成した。これは、島状半導体層の配置が対
称的でない場合に初めて可能である。すなわち、第二も
しくは第三の配線層方向の島状半導体層との隣接間隔
を、第四の配線層方向のそれより小さくすることによ
り、第四の配線層方向には分離され、第二もしくは第三
の配線層方向に繋がる配線層がマスクなしで自動的に得
られる。これに対して、例えば、島状半導体層の配置を
対称にした場合にはフォトリソグラフィによりレジスト
のパターンニング工程により配線層の分離を行ってもよ
い。
In this manufacturing example, the control gate of each memory cell is formed so as to be continuous in one direction without using a mask. This is possible only if the island-shaped semiconductor layers are not arranged symmetrically. That is, by making the adjacent distance to the island-shaped semiconductor layer in the second or third wiring layer direction smaller than that in the fourth wiring layer direction, the second wiring layer is separated in the fourth wiring layer direction, A wiring layer connected to the third wiring layer direction is automatically obtained without a mask. On the other hand, for example, when the island-shaped semiconductor layers are arranged symmetrically, the wiring layers may be separated by a resist patterning process by photolithography.

【0093】製造例7 この製造例で形成する半導体記憶装置は、半導体基板
を、例えば柱状に加工することで島状半導体層を形成
し、該島状半導体層の側面を活性領域面とし、該活性領
域面にトンネル酸化膜および電荷蓄積層として浮遊ゲー
トを複数形成し、各々の島状半導体層を半導体基板に対
して電気的にフローテイング状態とし、各々のメモリセ
ルの活性領域を電気的にフローテイング状態とする半導
体記憶装置において、島状半導体層の上部と下部に選択
ゲート・トランジスタを配置し、選択ゲート・トランジ
スタに挟まれてメモリ・トランジスタを複数個、例えば
2個配置し、各々トランジスタを該島状半導体層に沿っ
て直列に接続した構造であり、選択ゲート・トランジス
タのゲート絶縁膜厚がメモリ・トランジスタのゲート絶
縁膜厚と等しく、各々のトランジスタを下部から上部へ
と加工形成する。このような半導体記憶装置は以下の製
造方法により形成することができる。なお、図154及
び図155は、EEPROMのメモリセルアレイを示す
図1のA−A’線およびB−B’線断面図である。
Manufacturing Example 7 In the semiconductor memory device formed in this Manufacturing Example, an island-shaped semiconductor layer is formed by processing a semiconductor substrate into, for example, a columnar shape, and the side surface of the island-shaped semiconductor layer is used as an active region surface. A plurality of floating gates are formed as tunnel oxide films and charge storage layers on the active region surface, and each island-shaped semiconductor layer is electrically floated with respect to the semiconductor substrate, and the active region of each memory cell is electrically connected. In a floating semiconductor memory device, select gate transistors are arranged above and below an island-shaped semiconductor layer, and a plurality of memory transistors, for example, two memory transistors are arranged between the select gate transistors. Are connected in series along the island-shaped semiconductor layer, and the gate insulating film thickness of the select gate transistor is equal to that of the gate of the memory transistor. Equal to the edge film thickness, each transistor is processed from the bottom to the top. Such a semiconductor memory device can be formed by the following manufacturing method. 154 and 155 are cross-sectional views taken along the line AA ′ and the line BB ′ of FIG. 1 showing the memory cell array of the EEPROM.

【0094】この製造例では、製造例1に対し、第十三
の絶縁膜であるシリコン酸化膜481及び484を形成
せず、かわりに第三の絶縁膜であるシリコン酸化膜42
2、423と等しい膜厚である第三の絶縁膜であるシリ
コン酸化膜421及び424をそれぞれ形成することに
より実現する(図154及び図155)。なお、この製
造例では、マスクを用いることなく各メモリセルの制御
ゲートを一方向について連続するように形成した。これ
は、島状半導体層の配置が対称的でない場合に初めて可
能である。すなわち、第二もしくは第三の配線層方向の
島状半導体層との隣接間隔を、第四の配線層方向にそれ
より小さくすることにより、第四の配線層方向には分離
され、第二もしくは第三の配線層方向に繋がる配線層が
マスクなしで自動的に得られる。これに対して、例え
ば、島状半導体層の配置を対称にした場合にはフォトリ
ソグラフィによりレジストのパターンニング工程により
配線層の分離を行ってもよい。
In this manufacturing example, the silicon oxide films 481 and 484 which are the thirteenth insulating films are not formed in the manufacturing example 1, but instead the silicon oxide film 42 which is the third insulating film is formed.
This is realized by forming silicon oxide films 421 and 424, which are third insulating films having the same film thickness as 2, 423, respectively (FIGS. 154 and 155). In this manufacturing example, the control gate of each memory cell was formed continuously in one direction without using a mask. This is possible only if the island-shaped semiconductor layers are not arranged symmetrically. That is, by making the adjacent interval with the island-shaped semiconductor layer in the second or third wiring layer direction smaller than that in the fourth wiring layer direction, separation is made in the fourth wiring layer direction. A wiring layer connected to the third wiring layer direction is automatically obtained without a mask. On the other hand, for example, when the island-shaped semiconductor layers are arranged symmetrically, the wiring layers may be separated by a resist patterning process by photolithography.

【0095】製造例8 この製造例で形成する半導体記憶装置は、酸化膜が挿入
された半導体基板、例えばSOI基板の半導体部上に島
状半導体層を形成し、該島状半導体層の側面を活性領域
面とし、該活性領域面にトンネル酸化膜および電荷蓄積
層として浮遊ゲートを複数形成し、各々の島状半導体層
を半導体基板に対して電気的にフローテイング状態と
し、各々のメモリセルの活性領域を電気的にフローテイ
ング状態とする半導体記憶装置において、島状半導体層
の上部と下部に選択ゲート・トランジスタを配置し、選
択ゲート・トランジスタに挟まれてメモリ・トランジス
タを複数個、例えば2個配置し、各々トランジスタを該
島状半導体層に沿って直列に接続した構造であり、選択
ゲート・トランジスタのゲート絶縁膜厚がメモリ・トラ
ンジスタのゲート絶縁膜厚より大きく、各々のトランジ
スタを下部から上部へと加工形成される。このような半
導体記憶装置は以下の製造方法により形成することがで
きる。なお、図156及び図157は、EEPROMの
メモリセルアレイを示す図1のA−A’線およびB−
B’線断面図である。
Manufacture Example 8 In the semiconductor memory device formed in this Manufacture Example, an island-shaped semiconductor layer is formed on a semiconductor portion in which an oxide film is inserted, for example, a semiconductor portion of an SOI substrate, and a side surface of the island-shaped semiconductor layer is formed. A plurality of floating gates are formed as an active region surface, a tunnel oxide film and a charge storage layer are formed on the active region surface, and each island semiconductor layer is electrically floated to a semiconductor substrate. In a semiconductor memory device in which an active region is in an electrically floating state, select gate transistors are arranged above and below an island-shaped semiconductor layer, and a plurality of memory transistors, for example, two memory transistors are sandwiched between the select gate transistors. In this structure, the transistors are arranged in series and the transistors are connected in series along the island-shaped semiconductor layer. Each transistor is formed from the bottom to the top with a thickness larger than the gate insulating film thickness of the transistor. Such a semiconductor memory device can be formed by the following manufacturing method. 156 and 157 are lines AA ′ and B- in FIG. 1 showing the memory cell array of the EEPROM.
It is a B'line sectional view.

【0096】この製造例では、製造例1に対し、半導体
基板100を用いず、かわりに酸化膜が挿入された半導
体基板、例えばSOI基板101を用いることにより実
現する(図156及び図157)。この製造例によって
も、製造例1と同様の効果が得られる。さらに、第一の
配線層となる不純物拡散層710の接合容量が抑制もし
くは除外される。また、基板としてSOI基板を用いる
ことは、本発明における全ての製造例において適応でき
る。
This manufacturing example is realized by using a semiconductor substrate having an oxide film inserted therein, for example, an SOI substrate 101, instead of the semiconductor substrate 100 in the manufacturing example 1 (FIGS. 156 and 157). Also in this manufacturing example, the same effect as in manufacturing example 1 can be obtained. Furthermore, the junction capacitance of the impurity diffusion layer 710 which becomes the first wiring layer is suppressed or eliminated. Further, the use of the SOI substrate as the substrate can be applied to all manufacturing examples of the present invention.

【0097】製造例9 半導体基板100と島状半導体層110が不純物拡散層
によって分離されず、不純物拡散層と半導体基板100
もしくは島状半導体層110の接合に存在する空乏層に
より電気的に分離する半導体記憶装置の製造方法を以下
に示す。なお、図158及び図159は、EEPROM
のメモリセルアレイを示す図1のA−A’線およびB−
B’線断面図である。図158及び図159において
は、島状半導体層110と半導体基板100とが構造上
接続している状態であるが、この製造例では、例えば読
み出し又は消去時に第一の配線層である不純物拡散層7
10に与えられる電位と島状半導体層110または半導
体基板100に与えられる電位との電位差により、第一
の配線層である不純物拡散層710と島状半導体層11
0または半導体基板100とで形成するPN接合の島状
半導体層110または半導体基板100側に形成される
空乏層により島状半導体層110と半導体基板100と
が電気的に分離される。つまり、島状半導体層110ま
たは半導体基板100側に形成される空乏層の幅をWと
した時、図158及び図159に示した第一の配線層で
ある不純物拡散層710のスペースSa1もしくはSb1の少
なくともどちらか一方がWの2倍以下であれば電気的に
分離される。N型半導体層である不純物拡散層721〜
723も第一の配線層である不純物拡散層710と同様
にSa2もしくはSb2、Sa3もしくはSb3、Sa4もしくはSb4の
それぞれの少なくともどちらか一方がWの2倍以下であ
れば、各トランジスタの活性領域が電気的に分離され
る。また、読み出し時および消去時に上記の状態でもよ
いし、消去時にのみ上記の状態でもよい。書き込み時に
上記の状態になってもよい。種々組み合わせて上記の状
態としてもよい。この製造例は、本発明の半導体記憶装
置のどの形態に適用してもよい。
Manufacturing Example 9 The semiconductor substrate 100 and the island-shaped semiconductor layer 110 are not separated by the impurity diffusion layer, and the impurity diffusion layer and the semiconductor substrate 100 are not separated.
Alternatively, a method for manufacturing a semiconductor memory device in which the depletion layer existing at the junction of the island-shaped semiconductor layer 110 electrically separates is described below. 158 and 159 show the EEPROM.
1 of FIG. 1 showing the memory cell array of FIG.
It is a B'line sectional view. In FIGS. 158 and 159, the island-shaped semiconductor layer 110 and the semiconductor substrate 100 are structurally connected, but in this manufacturing example, for example, the impurity diffusion layer which is the first wiring layer at the time of reading or erasing. 7
10 and the island-shaped semiconductor layer 110 or the semiconductor substrate 100 due to a potential difference between the impurity diffusion layer 710 and the island-shaped semiconductor layer 11 serving as the first wiring layer.
0 or the island-shaped semiconductor layer 110 of the PN junction formed with the semiconductor substrate 100 or the depletion layer formed on the semiconductor substrate 100 side electrically separates the island-shaped semiconductor layer 110 and the semiconductor substrate 100. That is, when the width of the depletion layer formed on the side of the island-shaped semiconductor layer 110 or the semiconductor substrate 100 is W, the space Sa1 or Sb1 of the impurity diffusion layer 710 which is the first wiring layer shown in FIGS. 158 and 159 is shown. If at least one of the two is less than twice W, it is electrically separated. Impurity diffusion layers 721 to N-type semiconductor layers
Similarly to the impurity diffusion layer 710, which is the first wiring layer, 723 has an active region of each transistor if at least one of Sa2 or Sb2, Sa3 or Sb3, Sa4 or Sb4 is less than twice W. It is electrically separated. The above state may be set at the time of reading and erasing, or the above state may be set only at the time of erasing. The above state may be set at the time of writing. The above state may be obtained by various combinations. This manufacturing example may be applied to any form of the semiconductor memory device of the present invention.

【0098】製造例10 この製造例10で形成する半導体記憶装置は、半導体基
板を、例えば柱状に加工することで島状半導体層を形成
し、該島状半導体層の側面を活性領域面とし、該活性領
域面にトンネル酸化膜および電荷蓄積層として浮遊ゲー
トを複数形成し、各々の島状半導体層を半導体基板に対
して電気的にフローテイング状態とし、各々のメモリセ
ルの活性領域を電気的にフローテイング状態とする半導
体記憶装置において、メモリ・トランジスタを複数個、
例えば2個配置し、各々トランジスタを該島状半導体層
に沿って直列に接続した構造で、各々のトランジスタを
下部から上部へと加工形成される。
Manufacturing Example 10 In the semiconductor memory device formed in Manufacturing Example 10, an island-shaped semiconductor layer is formed by processing a semiconductor substrate into, for example, a columnar shape, and the side surface of the island-shaped semiconductor layer serves as an active region surface. A plurality of floating gates are formed on the surface of the active region as a tunnel oxide film and a charge storage layer, and each island-shaped semiconductor layer is electrically floated with respect to the semiconductor substrate, and the active region of each memory cell is electrically connected. In a semiconductor memory device that is in a floating state, a plurality of memory transistors,
For example, two transistors are arranged and each transistor is connected in series along the island-shaped semiconductor layer, and each transistor is processed and formed from the lower part to the upper part.

【0099】このような半導体記憶装置は以下の製造方
法により形成することができる。なお、図160及び図
161は、EEPROMのメモリセルアレイを示す図1
のA−A’線およびB−B’線断面図である。この製造
例では、第一の導電膜である多結晶シリコン513、5
14及び第三の絶縁膜であるシリコン酸化膜423、第
十三の絶縁膜であるシリコン酸化膜484を形成せず、
不純物拡散層710を分離した後、第一の導電膜である
多結晶シリコン511の側部に層間絶縁膜612を介し
て第二の導電膜である多結晶シリコン521を配置し、
同様に第一の導電膜である多結晶シリコン512の側部
に層間絶縁膜613を介して第二の導電膜である多結晶
シリコン522を配置すること以外は、製造例1と同様
に行うことにより、島状半導体層にメモリ・トランジス
タを2個配置する、第一の導電膜となる多結晶シリコン
膜を浮遊ゲートとする電荷蓄積層に蓄積される電荷状態
によってメモリ機能を有する半導体記憶装置が実現する
(図160及び図161)。
Such a semiconductor memory device can be formed by the following manufacturing method. Note that FIG. 160 and FIG. 161 are the same as FIG. 1 showing the memory cell array of the EEPROM.
FIG. 7 is a cross-sectional view taken along line AA ′ and line BB ′ of FIG. In this manufacturing example, polycrystalline silicon 513, 5 which is the first conductive film is used.
14 and the silicon oxide film 423 which is the third insulating film, and the silicon oxide film 484 which is the thirteenth insulating film are not formed,
After separating the impurity diffusion layer 710, the second conductive film polycrystalline silicon 521 is arranged on the side of the first conductive film polycrystalline silicon 511 via the interlayer insulating film 612,
Similarly, the same operation as in Manufacturing Example 1 is performed except that the second conductive film polycrystalline silicon 522 is arranged on the side portion of the first conductive film polycrystalline silicon 512 with the interlayer insulating film 613 interposed therebetween. As a result, a semiconductor memory device having two memory transistors arranged in an island-shaped semiconductor layer and having a memory function according to a charge state accumulated in a charge storage layer having a floating gate of a polycrystalline silicon film serving as a first conductive film is provided. It is realized (FIG. 160 and FIG. 161).

【0100】製造例11 この製造例で形成する半導体記憶装置は、半導体基板
を、例えば柱状に加工することで島状半導体層を形成
し、該島状半導体層の側面を活性領域面とし、該活性領
域面にトンネル酸化膜および電荷蓄積層として浮遊ゲー
トを複数形成し、各々の島状半導体層を半導体基板に対
して電気的にフローテイング状態とし、各々のメモリセ
ルの活性領域を電気的にフローテイング状態とする半導
体記憶装置において、島状半導体層の上部と下部に選択
ゲート・トランジスタを配置し、選択ゲート・トランジ
スタに挟まれてメモリ・トランジスタを複数個、例えば
2個配置し、各々トランジスタを該島状半導体層に沿っ
て直列に接続し、選択ゲート・トランジスタのゲート絶
縁膜厚がメモリ・トランジスタのゲート絶縁膜厚より大
きい構造であり、各々のメモリ・トランジスタの活性領
域に電位を伝達すべく各々のトランジスタの間に伝達ゲ
ートを配置する。
Manufacture Example 11 In the semiconductor memory device formed in this Manufacture Example, an island-shaped semiconductor layer is formed by processing a semiconductor substrate into, for example, a columnar shape, and the side surface of the island-shaped semiconductor layer serves as an active region surface. A plurality of floating gates are formed as tunnel oxide films and charge storage layers on the active region surface, and each island-shaped semiconductor layer is electrically floated with respect to the semiconductor substrate, and the active region of each memory cell is electrically connected. In a floating semiconductor memory device, select gate transistors are arranged above and below an island-shaped semiconductor layer, and a plurality of memory transistors, for example, two memory transistors are arranged between the select gate transistors. Are connected in series along the island-shaped semiconductor layer, and the gate insulating film thickness of the select gate transistor is smaller than that of the memory transistor. It is a large structure and a transmission gate is placed between each memory transistor to transfer a potential to the active region of the memory transistor.

【0101】このような半導体記憶装置は以下の製造方
法により形成することができる。なお、図162及び図
163は、EEPROMのメモリセルアレイを示す図1
のA−A’線およびB−B’線断面図である。この製造
例では、第二の導電膜である多結晶シリコン膜521、
522、523、524を形成させた後、第三の導電膜
である多結晶シリコン膜530によるゲート電極の形成
を行う工程が追加されたこと以外は、製造例1と同様に
行うことができる。つまり、第二の導電膜である多結晶
シリコン膜521、522、523、524を形成させ
た後、第一の導電膜である多結晶シリコン膜521と5
22の間の島状半導体層110が露出し得る程度に第五
の絶縁膜であるシリコン酸化膜424〜422、層間絶
縁膜612、613を等方性エッチングにより除去す
る。その後、例えば熱酸化膜法を用いて第十六の絶縁膜
である酸化膜400を選択ゲートおよびメモリセル間の
島状半導体層110表面および第一、第二の導電膜であ
る多結晶シリコン膜511、512、513、514、
521、522、523、524の露出部に形成し、第
三の導電膜である多結晶シリコン膜530を全面に堆積
する。
Such a semiconductor memory device can be formed by the following manufacturing method. Note that FIG. 162 and FIG. 163 are the same as FIG. 1 showing the memory cell array of the EEPROM.
FIG. 7 is a cross-sectional view taken along line AA ′ and line BB ′ of FIG. In this manufacturing example, the polycrystalline silicon film 521, which is the second conductive film,
After forming 522, 523, and 524, it can be performed in the same manner as in Manufacturing Example 1 except that a step of forming a gate electrode using the polycrystalline silicon film 530 which is the third conductive film is added. That is, after the second conductive film polycrystalline silicon films 521, 522, 523, and 524 are formed, the first conductive film polycrystalline silicon films 521 and 5 are formed.
The fifth insulating films, that is, the silicon oxide films 424 to 422 and the interlayer insulating films 612 and 613 are removed by isotropic etching to such an extent that the island-shaped semiconductor layer 110 between 22 can be exposed. Then, the oxide film 400, which is a sixteenth insulating film, is formed by using, for example, a thermal oxide film method, the surface of the island-shaped semiconductor layer 110 between the select gate and the memory cell, and the polycrystalline silicon film which is the first and second conductive films. 511, 512, 513, 514,
Formed on the exposed portions of 521, 522, 523, and 524, a polycrystalline silicon film 530 that is a third conductive film is deposited on the entire surface.

【0102】次いで、第二の導電膜である多結晶シリコ
ン膜523と524のスペース部が露出しない程度に第
三の導電膜である多結晶シリコン膜530を異方性エッ
チングによりエッチバックする。その後は、製造例1と
同様に行い、半導体記憶装置を完成させる(図162及
び図163)。
Next, the third conductive film polycrystalline silicon film 530 is etched back by anisotropic etching to the extent that the space portions of the second conductive film polycrystalline silicon films 523 and 524 are not exposed. After that, the same procedure as in Manufacturing Example 1 is performed to complete the semiconductor memory device (FIGS. 162 and 163).

【0103】製造例12 第一の配線層の方向と第四の配線層の方向が平行である
構造を得るための具体的な製造例を以下示す。なお、図
164及び図165は、EEPROMのメモリセルアレ
イを示す図1のA−A’線およびB−B’線断面図であ
る。この製造例は、不純物拡散層710を分離するため
の第二の溝220を第一の導電膜である多結晶シリコン
511に対して自己整合的に形成せず、例えば公知のフ
ォトリソグラフィ技術によりパターンニングされたレジ
ストをマスクとして用いて、反応性イオンエッチングに
より図1のA−A’線方向に不純物拡散層710が分離
されるように第二の溝部220を形成すること以外は、
製造例1と同じである。これにより、第一の配線層と第
四の配線層が平行である第一の導電膜となる多結晶シリ
コン膜を浮遊ゲートとする電荷蓄積層に蓄積される電荷
状態によってメモリ機能を有する半導体記憶装置が実現
する(図164及び図165)。
Manufacturing Example 12 A specific manufacturing example for obtaining a structure in which the direction of the first wiring layer and the direction of the fourth wiring layer are parallel is shown below. 164 and 165 are cross-sectional views taken along the line AA ′ and the line BB ′ of FIG. 1 showing the memory cell array of the EEPROM. In this manufacturing example, the second groove 220 for separating the impurity diffusion layer 710 is not formed in a self-aligned manner with respect to the polycrystalline silicon 511 which is the first conductive film, and for example, a pattern is formed by a known photolithography technique. 1 except that the second groove portion 220 is formed so that the impurity diffusion layer 710 is separated in the AA ′ line direction of FIG. 1 by reactive ion etching using the resist thus patterned as a mask.
This is the same as in Production Example 1. As a result, a semiconductor memory having a memory function according to a charge state accumulated in a charge storage layer having a floating gate of a polycrystalline silicon film serving as a first conductive film in which the first wiring layer and the fourth wiring layer are parallel to each other. The device is realized (FIGS. 164 and 165).

【0104】また、第一の導電膜である多結晶シリコン
膜511〜514および第二の導電膜である多結晶シリ
コン膜521〜524の不純物の導入は、多結晶シリコ
ン膜の成膜時に行ってもよいし、成膜後もしくはサイド
ウオール形成後に行ってもよいし、導電膜としてなれば
導入時期は制限されない。なお、この製造例では、マス
クを用いることなく各メモリセルの制御ゲートを一方向
について連続するように形成した。これは、島状半導体
層の配置が対称的でない場合に初めて可能である。すな
わち、第二もしくは第三の配線層方向の島状半導体層と
の隣接間隔を、第四の配線層方向のそれより小さくする
ことにより、第四の配線層方向には分離され、第二もし
くは第三の配線層方向に繋がる配線層がマスクなしで自
動的に得られる。これに対して、例えば、島状半導体層
の配置を対称にした場合にはフォトリソグラフィにより
レジストのパターンニング工程により配線層の分離を行
ってもよい。また、複数のメモリセル部の上部と下部に
選択ゲートを配置することでメモリセルトランジスタが
過剰消去の状態、すなわち、読み出し電圧が0Vであっ
てしきい値が負の状態になり、非選択セルでもセル電流
が流れる現象を防止することができる。
The introduction of impurities into the polycrystalline silicon films 511 to 514 which are the first conductive film and the polycrystalline silicon films 521 to 524 which are the second conductive film is performed at the time of forming the polycrystalline silicon film. It may be performed after the film formation or after the sidewall formation, and the introduction time is not limited as long as it is a conductive film. In this manufacturing example, the control gate of each memory cell was formed continuously in one direction without using a mask. This is possible only if the island-shaped semiconductor layers are not arranged symmetrically. That is, by making the adjacent distance to the island-shaped semiconductor layer in the second or third wiring layer direction smaller than that in the fourth wiring layer direction, the second wiring layer is separated in the fourth wiring layer direction, A wiring layer connected to the third wiring layer direction is automatically obtained without a mask. On the other hand, for example, when the island-shaped semiconductor layers are arranged symmetrically, the wiring layers may be separated by a resist patterning process by photolithography. Further, by disposing the select gates above and below the plurality of memory cell portions, the memory cell transistors are in an over-erased state, that is, the read voltage is 0V and the threshold value is in a negative state. However, the phenomenon that the cell current flows can be prevented.

【0105】製造例13 第一の配線層がメモリアレイに対し電気的に共通である
構造を得るための具体的な製造例を示す。なお、図16
6及び図167は、EEPROMのメモリセルアレイを
示す図1のA−A’線およびB−B’線断面図である。
この製造例では、半導体基板100に第二の溝部220
を形成せず、製造例1からこれに関わる工程を省略した
のと同じである。これにより、少なくともアレイ内の第
一の配線層が分割されずに共通となり、第一の導電膜と
なる多結晶シリコン膜を浮遊ゲートとする電荷蓄積層に
蓄積される電荷状態によってメモリ機能を有する半導体
記憶装置が実現する(図166及び図167)。
Manufacturing Example 13 A specific manufacturing example for obtaining a structure in which the first wiring layer is electrically common to the memory array will be shown. Note that FIG.
6 and 167 are sectional views taken along the line AA 'and the line BB' in FIG. 1 showing the memory cell array of the EEPROM.
In this manufacturing example, the second groove portion 220 is formed on the semiconductor substrate 100.
This is the same as the manufacturing example 1 in which the steps related thereto were omitted without forming the above. As a result, at least the first wiring layer in the array becomes common without being divided, and has a memory function by the charge state accumulated in the charge accumulation layer having the polycrystalline silicon film serving as the first conductive film as the floating gate. A semiconductor memory device is realized (FIGS. 166 and 167).

【0106】製造例14 島状半導体層を形成する手法において、第四の配線層8
40と接続される半導体層110の上端部に位置する不
純物拡散層724の分布領域を、島状半導体層110の
上端部に配置される選択ゲート・トランジスタのゲート
長を短くしないまま半導体基板に対し垂直な方向に大き
くする場合の具体的な製造工程例を示す。なお、図16
8及び図169は、EEPROMのメモリセルアレイを
示す図1のA−A’線およびB−B’線断面図である。
この製造例では、製造例1において、第四の配線層84
0と接続される半導体層724が高くなるよう形成する
ことにより実現する(図168及び図169)。このと
き、第十の絶縁膜であるシリコン酸化膜465の膜厚を
厚く設定でき、第二の導電膜である多結晶シリコン膜5
24と第四の配線層840との絶縁性が向上する。ある
いは不純物拡散層724を露出させる際、露出面積を大
きく設定できるため、不純物拡散層724と第四の配線
層840との接触抵抗が減少する。
Production Example 14 In the method of forming the island-shaped semiconductor layer, the fourth wiring layer 8 is used.
40. The distribution region of the impurity diffusion layer 724 located at the upper end of the semiconductor layer 110, which is connected to the semiconductor layer 40, is formed on the semiconductor substrate without shortening the gate length of the select gate transistor arranged at the upper end of the island-shaped semiconductor layer 110. A specific manufacturing process example in the case of increasing the size in the vertical direction will be described. Note that FIG.
8 and 169 are sectional views taken along the line AA 'and the line BB' in FIG. 1 showing the memory cell array of the EEPROM.
In this manufacturing example, in the manufacturing example 1, the fourth wiring layer 84
It is realized by forming the semiconductor layer 724 connected to 0 to be high (FIGS. 168 and 169). At this time, the thickness of the silicon oxide film 465 which is the tenth insulating film can be set thick, and the polycrystalline silicon film 5 which is the second conductive film can be formed.
The insulation between the wiring 24 and the fourth wiring layer 840 is improved. Alternatively, when the impurity diffusion layer 724 is exposed, the exposed area can be set large, so that the contact resistance between the impurity diffusion layer 724 and the fourth wiring layer 840 is reduced.

【0107】製造例15 島状半導体層を形成する手法においてトランジスタのゲ
ートの垂直な方向の長さが互いに異なる場合の具体的な
製造例を示す。なお、図170〜図171及び図712
〜図173は、EEPROMのメモリセルアレイを示す
図1のA−A’線およびB−B’線断面図である。メモ
リセルのゲートもしくは選択ゲートとなる第一の導電膜
である多結晶シリコン膜511〜514は、半導体基板
100に対して垂直な方向においては、図170及び図
172に示すように、選択ゲート長が異なっていてもよ
い。また、図171及び図173に示すように、第一の
導電膜である多結晶シリコン膜512、513のメモリ
セルのゲート長が異なっていても、第一の導電膜である
多結晶シリコン膜511〜514の垂直な方向の長さが
同じ長さでなくてもよい。
Manufacture Example 15 A concrete manufacture example in the case where the lengths of the gates of the transistors in the vertical direction are different from each other in the method of forming the island-shaped semiconductor layer will be shown. 170 to 171 and 712.
1 to 173 are cross-sectional views taken along the line AA 'and the line BB' of FIG. 1 showing the memory cell array of the EEPROM. As shown in FIGS. 170 and 172, the polycrystalline silicon films 511 to 514, which are the first conductive films serving as the gates or the select gates of the memory cells, have a select gate length in the direction perpendicular to the semiconductor substrate 100. May be different. Further, as shown in FIGS. 171 and 173, even if the gate lengths of the memory cells of the first conductive film polycrystalline silicon films 512 and 513 are different, the first conductive film polycrystalline silicon film 511 is used. Vertical lengths of ˜514 do not have to be the same length.

【0108】製造例16 この製造例で形成する半導体記憶装置は、半導体基板を
加工することで島状半導体層を形成し、該島状半導体層
の側面を活性領域面とし、該活性領域面にトンネル酸化
膜および電荷蓄積層として浮遊ゲートを複数形成し、各
々の島状半導体層を半導体基板に対して電気的にフロー
テイング状態とし、各々のメモリセルの活性領域を電気
的にフローテイング状態とする半導体記憶装置におい
て、島状半導体層の上部と下部に選択ゲート・トランジ
スタを配置し、選択ゲート・トランジスタに挟まれてメ
モリ・トランジスタを複数個、例えば2個配置し、各々
トランジスタを該島状半導体層に沿って直列に接続し、
選択ゲート・トランジスタのゲート絶縁膜厚がメモリ・
トランジスタのゲート絶縁膜厚より大きい構造で、島状
半導体層の形状が円柱状ではなく、各々のトランジスタ
を下部から上部へと加工形成される。
Manufacture Example 16 In the semiconductor memory device formed in this Manufacture Example, a semiconductor substrate is processed to form an island-shaped semiconductor layer, and the side surface of the island-shaped semiconductor layer serves as an active region surface. A plurality of floating gates are formed as a tunnel oxide film and a charge storage layer, and each island-shaped semiconductor layer is electrically floated with respect to the semiconductor substrate, and the active region of each memory cell is electrically floated. In this semiconductor memory device, select gate transistors are arranged above and below an island-shaped semiconductor layer, and a plurality of memory transistors, for example, two memory transistors are arranged between the select gate transistors. Connected in series along the semiconductor layer,
Select gate transistor gate insulation film thickness is memory
The structure is larger than the gate insulating film thickness of the transistor, and the shape of the island-shaped semiconductor layer is not cylindrical, and each transistor is processed and formed from the lower part to the upper part.

【0109】このような半導体記憶装置は以下の製造方
法により形成することができる。なお、図174〜図1
75及び図176〜図177は、EEPROMのメモリ
セルアレイを示す図1のA−A’線およびB−B’線断
面図である。反応性イオンエッチングにより島状半導体
層110を形成する際、島状半導体層110の上端部と
下端部の外形が異なった場合、図174及び図176に
示すようになる。また、島状半導体層110の上端部と
下端部の水平方向の位置がずれた場合、図175及び図
177に示すようになる。例えば、上面からの島状半導
体層110の形が円形を呈している場合、前者は円錐形
を呈しており、後者は斜め円柱を呈している構造とな
る。また、半導体基板100に対して垂直な方向に直列
にメモリセルを配置できる構造であるならば、島状半導
体層110の形状は特に限定しない。
Such a semiconductor memory device can be formed by the following manufacturing method. 174 to FIG.
75 and FIGS. 176 to 177 are cross-sectional views taken along the line AA ′ and the line BB ′ of FIG. 1 showing the memory cell array of the EEPROM. When the island-shaped semiconductor layer 110 is formed by the reactive ion etching and the outer shapes of the upper end portion and the lower end portion of the island-shaped semiconductor layer 110 are different, the shapes are as shown in FIGS. 174 and 176. 175 and 177 when the horizontal positions of the upper end portion and the lower end portion of the island-shaped semiconductor layer 110 are displaced. For example, when the island-shaped semiconductor layer 110 from the top has a circular shape, the former has a conical shape and the latter has an oblique columnar structure. The shape of the island-shaped semiconductor layer 110 is not particularly limited as long as the memory cells can be arranged in series in the direction perpendicular to the semiconductor substrate 100.

【0110】製造例17 島状半導体層を形成する手法において、島状半導体層1
10の底部の形状についての具体的な製造例を示す。な
お、図178〜図181及び図182〜図185は、E
EPROMのメモリセルアレイを示す図1のA−A’線
およびB−B’線断面図である。格子縞状の第一の溝部
210の底部形状は、図180及び図184、図181
及び図185に示すような直線状の傾斜構造を呈しても
よい。また、格子縞状の第一の溝部210の底部形状
は、図178及び図182、図179及び図183に示
すように、丸みを帯びた傾斜構造を呈してもよい。ここ
で、第一の導電膜となる多結晶シリコン膜511の下端
部が第一の溝部210の底部の傾斜部に差しかかっても
差しかからなくてもよい。
Production Example 17 In the method of forming the island-shaped semiconductor layer, the island-shaped semiconductor layer 1
A specific manufacturing example of the shape of the bottom portion of 10 will be shown. 178 to 181 and 182 to 185 show E
FIG. 2 is a sectional view taken along the line AA ′ and the line BB ′ of FIG. 1, showing a memory cell array of the EPROM. The bottom shape of the first grid-like groove 210 is shown in FIGS. 180, 184, and 181.
And may have a linear inclined structure as shown in FIG. 185. In addition, the bottom shape of the lattice-striped first groove portion 210 may have a rounded inclined structure as shown in FIGS. 178 and 182, 179 and 183. Here, the lower end portion of the polycrystalline silicon film 511 serving as the first conductive film may or may not reach the inclined portion of the bottom portion of the first groove portion 210.

【0111】製造例18 島状半導体層を形成した後各々のトランジスタを下部か
ら上部へと加工形成する手法において、浮遊ゲートの側
面及び上面を層間絶縁膜を介して制御ゲートが被覆され
る構造を得るための具体的な製造例を示す。なお、図1
86及び図187は、EEPROMのメモリセルアレイ
を示す図1のA−A’線およびB−B’線断面図であ
る。この製造例では、製造例1に対し、第二の導電膜と
なる多結晶シリコン膜522及び523を堆積後、それ
ぞれ第一の導電膜である多結晶シリコン512、513
の上端部まで、例えば等方性エッチングによりエッチバ
ックすることにより実現する(図186及び図18
7)。これにより、第一の導電膜である多結晶シリコン
膜512においては層間容量膜612を介して第二の導
電膜である多結晶シリコン膜522と接する面積が増大
し、第一の導電膜である多結晶シリコン膜513におい
ては層間容量膜613を介して第二の導電膜である多結
晶シリコン膜523と接する面積が増大するため、それ
ぞれのメモリセルにおけるカップリングレシオが向上す
る。
Manufacture Example 18 In the method in which each transistor is processed from the bottom to the top after the island-shaped semiconductor layer is formed, the structure in which the control gate is covered on the side surface and the top surface of the floating gate through the interlayer insulating film is adopted. A specific production example for obtaining is shown. Note that FIG.
86 and FIG. 187 are sectional views taken along the line AA ′ and the line BB ′ of FIG. 1 showing the memory cell array of the EEPROM. In this manufacturing example, unlike the manufacturing example 1, after the polycrystalline silicon films 522 and 523 to be the second conductive films are deposited, the polycrystalline silicon films 512 and 513 are the first conductive films, respectively.
It is realized by etching back up to the upper end of, for example, isotropic etching (FIGS. 186 and 18).
7). As a result, in the polycrystalline silicon film 512, which is the first conductive film, the area in contact with the polycrystalline silicon film 522, which is the second conductive film, via the interlayer capacitance film 612 is increased, and it is the first conductive film. Since the area of the polycrystalline silicon film 513 in contact with the polycrystalline silicon film 523 which is the second conductive film is increased via the interlayer capacitance film 613, the coupling ratio in each memory cell is improved.

【0112】製造例19 島状半導体層を形成した後各々のトランジスタを下部か
ら上部へと加工形成する手法において、第一、第二及び
第三の配線層と周辺回路との電気的接続を実現する端子
の具体的な製造例を示す。なお、図188〜図193
は、EEPROMのメモリセルアレイを示す図8のH―
H’線、I1−I1’線、I2−I2’線、I3−I
3’線、I4−I4’線、I5−I5’線断面図であ
り、これらは埋設された配線層に外部から電圧を印加す
るために、例えば半導体装置上面に配置された端子と埋
設されたとが電気的に結合する部位921、932、9
33、934、910がそれぞれ確認できる位置での断
面図を示している。
Manufacture Example 19 Electrical connection between the first, second and third wiring layers and the peripheral circuit is realized by a method of forming each island-shaped semiconductor layer from the bottom to the top after forming the island-shaped semiconductor layer. A specific manufacturing example of the terminal is shown. 188 to 193
Is H- in FIG. 8 showing the memory cell array of the EEPROM.
H'line, I1-I1 'line, I2-I2' line, I3-I
FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line 3 ′, line I4-I4 ′, and line I5-I5 ′, showing that the embedded wiring layer is embedded with a terminal arranged on the upper surface of the semiconductor device in order to apply a voltage from the outside. Electrical connection sites 921, 932, 9
33, 934, and 910 are sectional views at positions where they can be respectively confirmed.

【0113】配線層引き出し部における埋設される各々
の第一及び第二、第三の配線層を図188〜図193の
ように、階段状に配置し、各々の配線層の端部から所望
の配線層以外の配線層と交わらないように第一及び第
二、第三のコンタクト921、932、933、93
4、910を開口した後、第十五の絶縁膜として、例え
ばシリコン酸化膜492を10〜100nm堆積し、つ
づいて堆積膜厚分程度エッチバックすることにより、配
線層引き出し部に形成したコンタクトの内壁に第十五の
絶縁膜であるシリコン酸化膜492のサイドウオールを
形成し、その後、メタルあるいは導電膜をコンタクト部
に埋め込むことにより、第一の配線層及び第二、第三の
各配線層を半導体装置上面へ引き出す。なお、第一及び
第二、第三のコンタクト921、932、933、93
4、910を形成せず、例えば導電膜を半導体装置上面
へ引き出すような配置を行うことにより同様の効果を得
るようにしてもよい。
The first, second, and third wiring layers embedded in the wiring layer lead-out portion are arranged in a staircase pattern as shown in FIGS. 188 to 193, and desired wirings are formed from the end portions of the respective wiring layers. The first, second, and third contacts 921, 932, 933, 93 are arranged so as not to intersect wiring layers other than the wiring layer.
After opening 4, 910, for example, a silicon oxide film 492 is deposited as a fifteenth insulating film in a thickness of 10 to 100 nm, and then etched back by about the deposited film thickness to form a contact formed in the wiring layer lead portion. The side wall of the silicon oxide film 492 which is the fifteenth insulating film is formed on the inner wall, and then a metal or a conductive film is embedded in the contact portion to form the first wiring layer and the second and third wiring layers. To the upper surface of the semiconductor device. The first, second and third contacts 921, 932, 933, 93
The same effect may be obtained by forming the conductive film on the upper surface of the semiconductor device without forming 4, 910.

【0114】また、配線層引き出し部に形成したコンタ
クトの内壁に第十五の絶縁膜であるシリコン酸化膜49
2のサイドウオールを形成しなくてもよい。配線層引き
出し部に形成したコンタクトの内壁に第十五の絶縁膜で
あるシリコン酸化膜492のサイドウオールを形成する
際は、第十五の絶縁膜であるシリコン酸化膜492はシ
リコン酸化膜に限らず、シリコン窒化膜でもよく、絶縁
膜であれば限定されない。配線層を引き出すためのコン
タクトは、図188〜図193に示すように、隣接する
A―A’方向に連続するメモリセルの配線層引き出し部
に共通して形成してもよいし、各々の配線層引き出し部
に形成してもよい。以上の方法により第一の配線層及び
第二、第三の配線層を半導体上面へ引き出すことは、本
発明における全ての実施例において適応できる。
A silicon oxide film 49, which is a fifteenth insulating film, is formed on the inner wall of the contact formed in the wiring layer lead portion.
It is not necessary to form the second side wall. When the sidewall of the silicon oxide film 492 which is the fifteenth insulating film is formed on the inner wall of the contact formed in the wiring layer lead portion, the silicon oxide film 492 which is the fifteenth insulating film is not limited to the silicon oxide film. Alternatively, it may be a silicon nitride film and is not limited as long as it is an insulating film. As shown in FIGS. 188 to 193, the contact for drawing out the wiring layer may be formed in common in the wiring layer drawing section of the memory cells continuous in the adjacent AA ′ direction, or each wiring may be formed. You may form in a layer extraction part. Extracting the first wiring layer and the second and third wiring layers to the upper surface of the semiconductor by the above method can be applied to all the embodiments of the present invention.

【0115】実施例20 島状半導体層を形成した後各々のトランジスタを下部か
ら上部へと加工形成する際、島状半導体層110に被覆
される多結晶シリコン膜の形状についての具体的な製造
例を示す。なお、図194〜図195及び図196〜図
197は、EEPROMのメモリセルアレイを示す図1
のA−A’線およびB−B’線断面図である。島状半導
体層110に被覆される第一の導電膜である多結晶シリ
コン膜510は、図194及び図196、図195及び
図197に示すように、第一の溝部210の底部形状に
沿って均一に堆積された構造を呈してもよい。また、第
一の溝部210の底部形状によっては、部分的に不均一
に堆積された構造を呈していてもよい。
Example 20 A specific manufacturing example of the shape of the polycrystalline silicon film coated on the island-shaped semiconductor layer 110 when the transistors are processed from the bottom to the top after forming the island-shaped semiconductor layer Indicates. Note that FIG. 194 to FIG. 195 and FIG. 196 to FIG. 197 are the same as FIG.
FIG. 7 is a cross-sectional view taken along line AA ′ and line BB ′ of FIG. As shown in FIGS. 194 and 196, 195 and 197, the polycrystalline silicon film 510, which is the first conductive film and is covered with the island-shaped semiconductor layer 110, extends along the bottom shape of the first groove portion 210. It may exhibit a uniformly deposited structure. Further, depending on the shape of the bottom of the first groove 210, the structure may be partially unevenly deposited.

【0116】製造例21 島状半導体層を形成した後各々のトランジスタを下部か
ら上部へと加工形成する際、島状半導体層110の形成
後、第一の絶縁膜であるシリコン窒化膜310の形状に
ついての具体的な製造例を示す。なお、図198〜図1
99及び図200〜図201は、EEPROMのメモリ
セルアレイを示す図1のA−A’線およびB−B’線断
面図である。製造例1(図82及び図92)において、
公知のフォトリソグラフィ技術によりパターンニングさ
れたレジストR1をマスクとして用いて、反応性イオン
エッチングによりマスク層310をエッチングし、マス
ク層310を用いて反応性イオンエッチングによりp型
半導体基板100を2000〜20000nmエッチン
グして格子縞状の第一の溝部210を形成する際、マス
ク層310は島状半導体層110の外形より小さくても
(図198及び図200)、大きくても(図199及び
図201)よく、マスク層310の形状は特に限定され
ない。
Manufacturing Example 21 When each transistor is processed from the bottom to the top after forming the island-shaped semiconductor layer, the shape of the silicon nitride film 310 as the first insulating film is formed after the island-shaped semiconductor layer 110 is formed. A specific manufacturing example of is shown. 198 to 1
99 and FIGS. 200 to 201 are cross-sectional views taken along the line AA ′ and the line BB ′ in FIG. 1 showing the memory cell array of the EEPROM. In Production Example 1 (FIGS. 82 and 92),
Using the resist R1 patterned by a known photolithography technique as a mask, the mask layer 310 is etched by reactive ion etching, and the p-type semiconductor substrate 100 is 2,000 to 20000 nm by reactive ion etching using the mask layer 310. The mask layer 310 may be smaller than the outer shape of the island-shaped semiconductor layer 110 (FIGS. 198 and 200) or larger than the outer shape of the island-shaped semiconductor layer 110 (FIGS. 199 and 201) when the first groove portions 210 having a lattice stripe shape are etched. The shape of the mask layer 310 is not particularly limited.

【0117】なお、上記製造例に示すように、半導体基
板を加工することにより形成した島状半導体層110の
側面に各々のトランジスタを下部から上部へと加工形成
する本発明の実施の形態について述べてきたが、種々組
み合わせて用いてもよい。また、半導体基板面の垂線方
向に電荷蓄積層および制御ゲートを有する複数のメモリ
セルを直列に接続し、該メモリセルは半導体基板と該半
導体基板上に格子縞状に分離されてなるマトリクス状に
配列された複数の島状半導体層の側壁部に形成され、該
島状半導体層に配置された不純物拡散層をメモリセルの
ソースもしくはドレインとし、該不純物拡散層により半
導体基板と島状半導体層が電気的に分離しており、前記
制御ゲートが一方向の複数の島状半導体層について連続
的に、且つ、半導体基板面に対し水平方向に配置されて
なる制御ゲート線を有し、該制御ゲート線と交差する方
向に不純物拡散層と電気的に接続し、且つ、半導体基板
面に対し水平方向に配置されてなるビット線を有する本
発明の実施の形態について述べてきたが、種々組み合わ
せて用いてもよい。
As shown in the above-described manufacturing example, an embodiment of the present invention will be described in which each transistor is processed from the bottom to the top on the side surface of the island-shaped semiconductor layer 110 formed by processing the semiconductor substrate. However, various combinations may be used. Further, a plurality of memory cells each having a charge storage layer and a control gate are connected in series in a direction perpendicular to the surface of the semiconductor substrate, and the memory cells are arranged in a matrix in which the semiconductor substrate and the semiconductor substrate are separated in a lattice stripe pattern. The impurity diffusion layer formed on the sidewalls of the plurality of island-shaped semiconductor layers formed in the island-shaped semiconductor layer serves as the source or drain of the memory cell, and the impurity diffusion layer electrically connects the semiconductor substrate and the island-shaped semiconductor layer. The control gate lines are separated from each other, and the control gates are arranged continuously with respect to the plurality of island-shaped semiconductor layers in one direction and in the horizontal direction with respect to the semiconductor substrate surface. Although the embodiment of the present invention having the bit line electrically connected to the impurity diffusion layer in the direction intersecting with and having the bit line arranged in the horizontal direction with respect to the semiconductor substrate surface has been described. It may be used in combination.

【0118】[0118]

【発明の効果】本発明の半導体記憶装置の製造方法によ
れば、島状半導体層の垂直方向における基板のバックバ
イアス効果の回避又はばらつきを防止することが可能と
なり、ビットラインとソースライン間に直列に接続する
メモリセルを複数形成することが可能となる半導体記憶
装置を効率よく製造することができる。これにより、基
板からのバックバイアス効果に起因する読み出し時にお
ける各メモリセルの閾値の低下によるメモリセルの特性
のばらつきの発生を防止した、高性能なデバイスを作成
することが可能となる。また、デバイス性能を決定する
方向である垂直方向は最小加工寸法に依存することな
く、より微細化を図ることが可能となる。
According to the method of manufacturing a semiconductor memory device of the present invention, it becomes possible to avoid or prevent the back bias effect of the substrate in the vertical direction of the island-shaped semiconductor layer, and prevent the variation between the bit line and the source line. A semiconductor memory device capable of forming a plurality of memory cells connected in series can be efficiently manufactured. This makes it possible to create a high-performance device that prevents the occurrence of variations in the characteristics of the memory cells due to the reduction in the threshold value of each memory cell at the time of reading due to the back bias effect from the substrate. Further, the vertical direction, which is the direction that determines the device performance, can be further miniaturized without depending on the minimum processing dimension.

【0119】さらに、大容量化が可能となる。例えば、
メモリトランジスタを備える半導体基板円柱の直径を最
小加工寸法で形成し、互いの半導体基板柱とのスペース
幅の最短距離を最小加工寸法で構成した場合、半導体基
板円柱当りのメモリトランジスタの段数が2段であれ
ば、従来の2倍の容量が得られる。つまり、半導体基板
円柱当りのメモリトランジスタ段数倍の大容量化が行え
る。一般的に段数が多ければ多いほど大容量化が実現す
る。これによりビット当りのセル面積が縮小し、チップ
の縮小化及び低コスト化が図れる。しかも、デバイス性
能を決定する方向である垂直方向は最小加工寸法に依存
せず、デバイスの性能を維持することができる。
Further, the capacity can be increased. For example,
When the diameter of the semiconductor substrate cylinder provided with the memory transistor is formed with the minimum processing size and the shortest distance of the space width between the semiconductor substrate columns is configured with the minimum processing size, the number of steps of the memory transistor per semiconductor substrate cylinder is two. In this case, the capacity twice that of the conventional one can be obtained. That is, it is possible to increase the capacity by as many as the number of memory transistor stages per semiconductor substrate cylinder. Generally, the larger the number of stages, the larger the capacity. As a result, the cell area per bit is reduced, and the chip size and cost can be reduced. Moreover, the vertical direction, which is the direction that determines the device performance, does not depend on the minimum processing dimension, and the device performance can be maintained.

【0120】また、各メモリセルは、島状半導体層を取
り囲むように配置するため、駆動電流の向上及びS値の
増大が実現したデバイスを製造することができる。さら
に、円形のパターンを用いて半導体基板を柱状に加工し
た後、該半導体基板側面を犠牲酸化することで、基板表
面のダメージ、欠陥及び凹凸を取り除くことで、良好な
活性領域面として用いることができる。この際、酸化膜
厚を制御することで柱の直径を操作することが可能とな
り、トンネル酸化膜の表面積と浮遊ゲートと制御ゲート
の層間容量膜の表面積できまる浮遊ゲートと制御ゲート
間の容量の増大が容易に行える。
Further, since each memory cell is arranged so as to surround the island-shaped semiconductor layer, it is possible to manufacture a device in which the driving current is improved and the S value is increased. Further, after the semiconductor substrate is processed into a columnar shape using a circular pattern, the side surface of the semiconductor substrate is sacrificial-oxidized to remove damages, defects and irregularities on the substrate surface, so that it can be used as a good active region surface. it can. At this time, the diameter of the pillar can be controlled by controlling the oxide film thickness, and the surface area of the tunnel oxide film and the surface area of the interlayer capacitance film between the floating gate and the control gate can be controlled to determine the capacitance between the floating gate and the control gate. Can be easily increased.

【0121】また、円形のパターンを用いることで、活
性領域面に局所的な電界集中の発生が回避でき、電気的
制御が容易に行える。さらに、柱状の半導体基板にトラ
ンジスタのゲート電極を取り囲むように配置することで
駆動電流の向上及びS値の増大が実現する。各メモリセ
ルの活性領域を基板に対してフローテイング状態となる
ように不純物拡散層を形成することで基板からのバック
バイアス効果が無くなり読み出し時における各メモリセ
ルの閾値の低下によるメモリセルの特性のばらつきが発
生しなくなる。トンネル酸化膜及び浮遊ゲート堆積後、
浮遊ゲート側壁に絶縁膜のサイドウォールを垂直方向に
複数形成することで、浮遊ゲートの加工が一括で行え
る。つまり、トンネル酸化膜は各々のメモリセルに対し
て同質のものが得られる。これらの手法を用いることに
より、メモリセルの特性ばらつきが抑制され、デバイス
の性能のばらつきが抑制され、制御が容易となり低コス
ト化実現する。
Further, by using a circular pattern, it is possible to avoid the occurrence of local electric field concentration on the active region surface, and electrical control can be easily performed. Further, by disposing the transistor on the columnar semiconductor substrate so as to surround the gate electrode of the transistor, the drive current and the S value can be improved. By forming the impurity diffusion layer so that the active region of each memory cell is in a floating state with respect to the substrate, the back bias effect from the substrate is eliminated, and the characteristics of the memory cell are reduced due to the decrease in the threshold value of each memory cell during reading. There is no variation. After the tunnel oxide film and floating gate deposition,
By forming a plurality of sidewalls of the insulating film in the vertical direction on the sidewalls of the floating gate, the floating gates can be collectively processed. That is, the same tunnel oxide film can be obtained for each memory cell. By using these methods, variations in characteristics of memory cells are suppressed, variations in device performance are suppressed, control is facilitated, and cost reduction is realized.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 本発明の半導体記憶装置において電荷蓄積層
として浮遊ゲートを有するEEPROMのメモリセルア
レイを示す平面図である。
FIG. 1 is a plan view showing a memory cell array of an EEPROM having a floating gate as a charge storage layer in a semiconductor memory device of the present invention.

【図2】 電荷蓄積層として浮遊ゲートを有するEEP
ROMの別のメモリセルアレイを示す平面図である。
FIG. 2 EEP having a floating gate as a charge storage layer
It is a top view which shows another memory cell array of ROM.

【図3】 電荷蓄積層として浮遊ゲートを有するEEP
ROMのさらに別のメモリセルアレイを示す平面図であ
る。
FIG. 3 EEP with floating gate as charge storage layer
It is a top view which shows another memory cell array of ROM.

【図4】 電荷蓄積層として浮遊ゲートを有するEEP
ROMのさらに別のメモリセルアレイを示す平面図であ
る。
FIG. 4 EEP having a floating gate as a charge storage layer
It is a top view which shows another memory cell array of ROM.

【図5】 電荷蓄積層として浮遊ゲートを有するEEP
ROMのさらに別のメモリセルアレイを示す平面図であ
る。
FIG. 5: EEP with floating gate as charge storage layer
It is a top view which shows another memory cell array of ROM.

【図6】 電荷蓄積層として浮遊ゲートを有するEEP
ROMのさらに別のメモリセルアレイを示す平面図であ
る。
FIG. 6 EEP with floating gate as charge storage layer
It is a top view which shows another memory cell array of ROM.

【図7】 電荷蓄積層として浮遊ゲートを有するEEP
ROMのさらに別のメモリセルアレイを示す平面図であ
る。
FIG. 7: EEP with floating gate as charge storage layer
It is a top view which shows another memory cell array of ROM.

【図8】 電荷蓄積層として浮遊ゲートを有するEEP
ROMのさらに別のメモリセルアレイを示す平面図であ
る。
FIG. 8: EEP with floating gate as charge storage layer
It is a top view which shows another memory cell array of ROM.

【図9】 電荷蓄積層として積層絶縁膜を有するMON
OS構造であるメモリセルアレイを示す平面図である。
FIG. 9 is a MON having a laminated insulating film as a charge storage layer.
FIG. 3 is a plan view showing a memory cell array having an OS structure.

【図10】 電荷蓄積層としてMISキャパシタを有す
るDRAM構造であるメモリセルアレイを示す平面図で
ある。
FIG. 10 is a plan view showing a memory cell array having a DRAM structure having a MIS capacitor as a charge storage layer.

【図11】 電荷蓄積層としてMISトランジスタを有
するSRAM構造であるメモリセルアレイを示す平面図
である。
FIG. 11 is a plan view showing a memory cell array having an SRAM structure having a MIS transistor as a charge storage layer.

【図12】 本発明の半導体記憶装置において電荷蓄積
層として浮遊ゲートを有する半導体記憶装置の図1にお
けるA−A’断面図に対応する断面図である。
FIG. 12 is a cross-sectional view corresponding to the AA ′ cross-sectional view in FIG. 1 of the semiconductor memory device having a floating gate as a charge storage layer in the semiconductor memory device of the present invention.

【図13】 電荷蓄積層として浮遊ゲートを有する半導
体記憶装置の図1におけるB−B’断面図に対応する断
面図である。
FIG. 13 is a cross-sectional view corresponding to the BB ′ cross-sectional view in FIG. 1 of the semiconductor memory device having the floating gate as the charge storage layer.

【図14】 電荷蓄積層として浮遊ゲートを有する別の
半導体記憶装置の図1におけるA−A’断面図に対応す
る断面図である。
FIG. 14 is a cross-sectional view corresponding to the AA ′ cross-sectional view in FIG. 1 of another semiconductor memory device having a floating gate as a charge storage layer.

【図15】 電荷蓄積層として浮遊ゲートを有する別の
半導体記憶装置の図1におけるB−B’断面図に対応す
る断面図である。
FIG. 15 is a cross-sectional view corresponding to the BB ′ cross-sectional view in FIG. 1 of another semiconductor memory device having a floating gate as a charge storage layer.

【図16】 電荷蓄積層として浮遊ゲートを有するさら
に別の半導体記憶装置の図1におけるA−A’断面図に
対応する断面図である。
16 is a cross-sectional view corresponding to the AA ′ cross-sectional view in FIG. 1 of still another semiconductor memory device having a floating gate as a charge storage layer.

【図17】 電荷蓄積層として浮遊ゲートを有するさら
に別の半導体記憶装置の図1におけるB−B’断面図に
対応する断面図である。
FIG. 17 is a cross-sectional view corresponding to the BB ′ cross-sectional view in FIG. 1 of still another semiconductor memory device having a floating gate as a charge storage layer.

【図18】 電荷蓄積層として浮遊ゲートを有するさら
に別の半導体記憶装置の図1におけるA−A’断面図に
対応する断面図である。
FIG. 18 is a cross-sectional view corresponding to the AA ′ cross-sectional view in FIG. 1 of still another semiconductor memory device having a floating gate as a charge storage layer.

【図19】 電荷蓄積層として浮遊ゲートを有するさら
に別の半導体記憶装置の図1におけるB−B’断面図に
対応する断面図である。
FIG. 19 is a cross-sectional view corresponding to the BB ′ cross-sectional view in FIG. 1 of still another semiconductor memory device having a floating gate as a charge storage layer.

【図20】 電荷蓄積層として浮遊ゲートを有するさら
に別の半導体記憶装置の図1におけるA−A’断面図に
対応する断面図である。
FIG. 20 is a cross-sectional view corresponding to the AA ′ cross-sectional view in FIG. 1 of still another semiconductor memory device having a floating gate as a charge storage layer.

【図21】 電荷蓄積層として浮遊ゲートを有するさら
に別の半導体記憶装置の図1におけるB−B’断面図に
対応する断面図である。
FIG. 21 is a cross-sectional view corresponding to the BB ′ cross-sectional view in FIG. 1 of still another semiconductor memory device having a floating gate as a charge storage layer.

【図22】 電荷蓄積層として浮遊ゲートを有するさら
に別の半導体記憶装置の図1におけるA−A’断面図に
対応する断面図である。
22 is a cross-sectional view corresponding to the AA ′ cross-sectional view in FIG. 1 of still another semiconductor memory device having a floating gate as a charge storage layer.

【図23】 電荷蓄積層として浮遊ゲートを有するさら
に別の半導体記憶装置の図1におけるB−B’断面図に
対応する断面図である。
23 is a cross-sectional view corresponding to the BB ′ cross-sectional view in FIG. 1 of still another semiconductor memory device having a floating gate as a charge storage layer.

【図24】 電荷蓄積層として浮遊ゲートを有するさら
に別の半導体記憶装置の図1におけるA−A’断面図に
対応する断面図である。
FIG. 24 is a cross-sectional view corresponding to the AA ′ cross-sectional view in FIG. 1 of still another semiconductor memory device having a floating gate as a charge storage layer.

【図25】 電荷蓄積層として浮遊ゲートを有するさら
に別の半導体記憶装置の図1におけるB−B’断面図に
対応する断面図である。
FIG. 25 is a cross-sectional view corresponding to the BB ′ cross-sectional view in FIG. 1 of still another semiconductor memory device having a floating gate as a charge storage layer.

【図26】 電荷蓄積層として浮遊ゲートを有するさら
に別の半導体記憶装置の図1におけるA−A’断面図に
対応する断面図である。
FIG. 26 is a cross-sectional view corresponding to the AA ′ cross-sectional view in FIG. 1 of still another semiconductor memory device having a floating gate as a charge storage layer.

【図27】 電荷蓄積層として浮遊ゲートを有するさら
に別の半導体記憶装置の図1におけるB−B’断面図に
対応する断面図である。
FIG. 27 is a cross-sectional view corresponding to the BB ′ cross-sectional view in FIG. 1 of still another semiconductor memory device having a floating gate as a charge storage layer.

【図28】 電荷蓄積層として浮遊ゲートを有するさら
に別の半導体記憶装置の図1におけるA−A’断面図に
対応する断面図である。
FIG. 28 is a cross-sectional view corresponding to the AA ′ cross-sectional view in FIG. 1 of still another semiconductor memory device having a floating gate as a charge storage layer.

【図29】 電荷蓄積層として浮遊ゲートを有するさら
に別の半導体記憶装置の図1におけるB−B’断面図に
対応する断面図である。
FIG. 29 is a cross-sectional view corresponding to the BB ′ cross-sectional view in FIG. 1 of still another semiconductor memory device having a floating gate as a charge storage layer.

【図30】 電荷蓄積層として浮遊ゲートを有するさら
に別の半導体記憶装置の図1におけるA−A’断面図に
対応する断面図である。
FIG. 30 is a cross-sectional view corresponding to the AA ′ cross-sectional view in FIG. 1 of still another semiconductor memory device having a floating gate as a charge storage layer.

【図31】 電荷蓄積層として浮遊ゲートを有するさら
に別の半導体記憶装置の図1におけるB−B’断面図に
対応する断面図である。
FIG. 31 is a cross-sectional view corresponding to the BB ′ cross-sectional view in FIG. 1 of still another semiconductor memory device having a floating gate as a charge storage layer.

【図32】 電荷蓄積層として浮遊ゲートを有するさら
に別の半導体記憶装置の図1におけるA−A’断面図に
対応する断面図である。
FIG. 32 is a cross-sectional view corresponding to the AA ′ cross-sectional view in FIG. 1 of still another semiconductor memory device having a floating gate as a charge storage layer.

【図33】 電荷蓄積層として浮遊ゲートを有するさら
に別の半導体記憶装置の図1におけるB−B’断面図に
対応する断面図である。
FIG. 33 is a cross-sectional view corresponding to the BB ′ cross-sectional view in FIG. 1 of still another semiconductor memory device having a floating gate as a charge storage layer.

【図34】 電荷蓄積層として浮遊ゲートを有するさら
に別の半導体記憶装置の図1におけるA−A’断面図に
対応する断面図である。
FIG. 34 is a cross-sectional view corresponding to the AA ′ cross-sectional view in FIG. 1 of still another semiconductor memory device having a floating gate as a charge storage layer.

【図35】 電荷蓄積層として浮遊ゲートを有するさら
に別の半導体記憶装置の図1におけるB−B’断面図に
対応する断面図である。
FIG. 35 is a cross-sectional view corresponding to the BB ′ cross-sectional view in FIG. 1 of still another semiconductor memory device having a floating gate as a charge storage layer.

【図36】 電荷蓄積層として浮遊ゲートを有するさら
に別の半導体記憶装置の図1におけるA−A’断面図に
対応する断面図である。
36 is a cross-sectional view corresponding to the AA ′ cross-sectional view in FIG. 1 of still another semiconductor memory device having a floating gate as a charge storage layer.

【図37】 電荷蓄積層として浮遊ゲートを有するさら
に別の半導体記憶装置の図1におけるB−B’断面図に
対応する断面図である。
37 is a cross-sectional view corresponding to the BB ′ cross-sectional view in FIG. 1 of still another semiconductor memory device having a floating gate as a charge storage layer.

【図38】 電荷蓄積層として浮遊ゲートを有するさら
に別の半導体記憶装置の図1におけるA−A’断面図に
対応する断面図である。
38 is a cross-sectional view corresponding to the AA ′ cross-sectional view in FIG. 1 of still another semiconductor memory device having a floating gate as a charge storage layer.

【図39】 電荷蓄積層として浮遊ゲートを有するさら
に別の半導体記憶装置の図1におけるB−B’断面図に
対応する断面図である。
39 is a cross-sectional view corresponding to the BB ′ cross-sectional view in FIG. 1 of still another semiconductor memory device having a floating gate as a charge storage layer.

【図40】 電荷蓄積層として積層絶縁膜を有する半導
体記憶装置の図10におけるA−A’断面図に対応する
断面図である。
FIG. 40 is a cross-sectional view corresponding to the AA ′ cross-sectional view in FIG. 10 of the semiconductor memory device having the laminated insulating film as the charge storage layer.

【図41】 電荷蓄積層として積層絶縁膜を有する半導
体記憶装置の図10におけるB−B’断面図に対応する
断面図である。
41 is a cross-sectional view corresponding to the BB ′ cross-sectional view in FIG. 10 of the semiconductor memory device having the laminated insulating film as the charge storage layer.

【図42】 電荷蓄積層として積層絶縁膜を有する別の
半導体記憶装置の図10におけるA−A’断面図に対応
する断面図である。
42 is a cross-sectional view corresponding to the AA ′ cross-sectional view in FIG. 10 of another semiconductor memory device having a laminated insulating film as a charge storage layer.

【図43】 電荷蓄積層として積層絶縁膜を有する別の
半導体記憶装置の図10におけるB−B’断面図に対応
する断面図である。
43 is a cross-sectional view corresponding to the BB ′ cross-sectional view in FIG. 10 of another semiconductor memory device having a laminated insulating film as a charge storage layer.

【図44】 電荷蓄積層として積層絶縁膜を有するさら
に別の半導体記憶装の図10におけるA−A’断面図に
対応する断面図である。
44 is a cross-sectional view corresponding to the AA ′ cross-sectional view in FIG. 10 of still another semiconductor memory device having a laminated insulating film as a charge storage layer.

【図45】 電荷蓄積層として積層絶縁膜を有するさら
に別の半導体記憶装置の図10におけるB−B’断面図
に対応する断面図である。
45 is a cross-sectional view corresponding to the BB ′ cross-sectional view in FIG. 10 of still another semiconductor memory device having a laminated insulating film as a charge storage layer.

【図46】 電荷蓄積層として積層絶縁膜を有するさら
に別の半導体記憶装置の図10におけるA−A’断面図
に対応する断面図である。
46 is a cross-sectional view corresponding to the AA ′ cross-sectional view in FIG. 10 of still another semiconductor memory device having a laminated insulating film as a charge storage layer.

【図47】 電荷蓄積層として積層絶縁膜を有するさら
に別の半導体記憶装置の図10におけるB−B’断面図
に対応する断面図である。
47 is a cross-sectional view corresponding to the BB ′ cross-sectional view in FIG. 10 of still another semiconductor memory device having a laminated insulating film as a charge storage layer.

【図48】 電荷蓄積層として積層絶縁膜を有するさら
に別の半導体記憶装置の図10におけるA−A’断面図
に対応する断面図である。
48 is a cross-sectional view corresponding to the AA ′ cross-sectional view in FIG. 10 of still another semiconductor memory device having a laminated insulating film as a charge storage layer.

【図49】 電荷蓄積層として積層絶縁膜を有するさら
に別の半導体記憶装置の図10におけるB−B’断面図
に対応する断面図である。
49 is a cross-sectional view corresponding to the BB ′ cross-sectional view in FIG. 10 of still another semiconductor memory device having a laminated insulating film as a charge storage layer.

【図50】 電荷蓄積層として積層絶縁膜を有するさら
に別の半導体記憶装置の図10におけるA−A’断面図
に対応する断面図である。
50 is a cross-sectional view corresponding to the AA ′ cross-sectional view in FIG. 10 of still another semiconductor memory device having a laminated insulating film as a charge storage layer.

【図51】 電荷蓄積層として積層絶縁膜を有するさら
に別の半導体記憶装置の図10におけるB−B’断面図
に対応する断面図である。
51 is a cross-sectional view corresponding to the BB ′ cross-sectional view in FIG. 10 of still another semiconductor memory device having a laminated insulating film as a charge storage layer.

【図52】 電荷蓄積層としてMISキャパシタを有す
る半導体記憶装置の図11におけるA−A’断面図に対
応する断面図である。
52 is a cross-sectional view corresponding to the AA ′ cross-sectional view in FIG. 11 of the semiconductor memory device having the MIS capacitor as the charge storage layer.

【図53】 電荷蓄積層としてMISキャパシタを有す
る半導体記憶装置の図11におけるB−B’断面図に対
応する断面図である。
53 is a cross-sectional view corresponding to the BB ′ cross-sectional view in FIG. 11 of the semiconductor memory device having the MIS capacitor as the charge storage layer.

【図54】 電荷蓄積層としてMISキャパシタを有す
る別の半導体記憶装置の図11におけるA−A’断面図
に対応する断面図である。
54 is a cross-sectional view corresponding to the AA ′ cross-sectional view in FIG. 11 of another semiconductor memory device having a MIS capacitor as a charge storage layer.

【図55】 電荷蓄積層としてMISキャパシタを有す
る別の半導体記憶装置の図11におけるB−B’断面図
に対応する断面図である。
55 is a cross-sectional view corresponding to the BB ′ cross-sectional view in FIG. 11 of another semiconductor memory device having a MIS capacitor as a charge storage layer.

【図56】 電荷蓄積層としてMISキャパシタを有す
るさらに別の半導体記憶装置の図11におけるA−A’
断面図に対応する断面図である。
[FIG. 56] AA ′ in FIG. 11 of still another semiconductor memory device having a MIS capacitor as a charge storage layer.
It is sectional drawing corresponding to a sectional view.

【図57】 電荷蓄積層としてMISキャパシタを有す
るさらに別の半導体記憶装置の図11におけるB−B’
断面図に対応する断面図である。
57 is a sectional view taken along line BB ′ in FIG. 11 of still another semiconductor memory device having a MIS capacitor as a charge storage layer.
It is sectional drawing corresponding to a sectional view.

【図58】 電荷蓄積層としてMISトランジスタを有
する半導体記憶装置の図12におけるJ1−J1′断面図に
対応する断面図である。
58 is a cross-sectional view corresponding to the J1-J1 ′ cross-sectional view in FIG. 12 of the semiconductor memory device having the MIS transistor as the charge storage layer.

【図59】 電荷蓄積層としてMISトランジスタを有
する半導体記憶装置の図12におけるJ2−J2′断面図
に対応する断面図である。
59 is a cross-sectional view corresponding to the J2-J2 ′ cross-sectional view in FIG. 12 of the semiconductor memory device having the MIS transistor as the charge storage layer.

【図60】 電荷蓄積層としてMISトランジスタを有
する別の半導体記憶装置の図12におけるK1−K1′断面
図に対応する断面図である。
FIG. 60 is a cross-sectional view corresponding to the K1-K1 ′ cross-sectional view in FIG. 12 of another semiconductor memory device having a MIS transistor as a charge storage layer.

【図61】 電荷蓄積層としてMISトランジスタを有
する別の半導体記憶装置の図12におけるK2−K2′断
面図に対応する断面図である。
61 is a cross-sectional view corresponding to the K2-K2 ′ cross-sectional view in FIG. 12 of another semiconductor memory device having a MIS transistor as a charge storage layer.

【図62】 本発明の半導体記憶装置の等価回路図であ
る。
FIG. 62 is an equivalent circuit diagram of the semiconductor memory device of the present invention.

【図63】 本発明の半導体記憶装置の別の等価回路図
である。
FIG. 63 is another equivalent circuit diagram of the semiconductor memory device of the present invention.

【図64】 本発明の半導体記憶装置のさらに別の等価
回路図である。
64 is another equivalent circuit diagram of the semiconductor memory device of the present invention. FIG.

【図65】 本発明のMONOS構造のメモリセルアレ
イを有する半導体記憶装置のさらに別の等価回路図であ
る。
FIG. 65 is still another equivalent circuit diagram of the semiconductor memory device having the memory cell array of the MONOS structure of the present invention.

【図66】 本発明のMONOS構造のメモリセルアレ
イを有する半導体記憶装置のさらに別の等価回路図であ
る。
FIG. 66 is still another equivalent circuit diagram of the semiconductor memory device having the memory cell array of the MONOS structure of the present invention.

【図67】 本発明のDRAM構造のメモリセルアレイ
を有する半導体記憶装置のさらに別の等価回路図であ
る。
67 is another equivalent circuit diagram of the semiconductor memory device having the memory cell array of the DRAM structure of the present invention. FIG.

【図68】 本発明のDRAM構造のメモリセルアレイ
を有する半導体記憶装置のさらに別の等価回路図であ
る。
68 is another equivalent circuit diagram of the semiconductor memory device having the memory cell array of the DRAM structure of the present invention. FIG.

【図69】 本発明のDRAM構造のメモリセルアレイ
を有する半導体記憶装置のさらに別の等価回路図であ
る。
FIG. 69 is another equivalent circuit diagram of the semiconductor memory device having the memory cell array of the DRAM structure of the present invention.

【図70】 本発明のDRAM構造のメモリセルアレイ
を有する半導体記憶装置のさらに別の等価回路図であ
る。
70 is another equivalent circuit diagram of the semiconductor memory device having the memory cell array of the DRAM structure of the present invention. FIG.

【図71】 本発明の半導体記憶装置のさらに別の等価
回路図である。
71 is a further equivalent circuit diagram of the semiconductor memory device of the present invention. FIG.

【図72】 本発明の半導体記憶装置のさらに別の等価
回路図である。
72 is another equivalent circuit diagram of the semiconductor memory device of the present invention. FIG.

【図73】 本発明のSRAM構造のメモリセルアレイ
を有する半導体記憶装置のさらに別の等価回路図であ
る。
FIG. 73 is another equivalent circuit diagram of the semiconductor memory device having the memory cell array of the SRAM structure of the present invention.

【図74】 本発明のSRAM構造のメモリセルアレイ
を有する半導体記憶装置のさらに別の等価回路図であ
る。
FIG. 74 is another equivalent circuit diagram of the semiconductor memory device having the memory cell array having the SRAM structure of the present invention.

【図75】 本発明の半導体記憶装置の読み出し時のタ
イミングチャートの一例を示す図である。
FIG. 75 is a diagram showing an example of a timing chart at the time of reading of the semiconductor memory device of the present invention.

【図76】 本発明の半導体記憶装置の読み出し時のタ
イミングチャートの一例を示す図である。
FIG. 76 is a diagram showing an example of a timing chart at the time of reading of the semiconductor memory device of the present invention.

【図77】 本発明の半導体記憶装置の読み出し時のタ
イミングチャートの一例を示す図である。
FIG. 77 is a diagram showing an example of a timing chart at the time of reading of the semiconductor memory device of the present invention.

【図78】 本発明の半導体記憶装置の書き込み時のタ
イミングチャートの一例を示す図である。
FIG. 78 is a diagram showing an example of a timing chart at the time of writing in the semiconductor memory device of the present invention.

【図79】 本発明の半導体記憶装置の書き込み時のタ
イミングチャートの一例を示す図である。
FIG. 79 is a diagram showing an example of a timing chart at the time of writing in the semiconductor memory device of the present invention.

【図80】 本発明の半導体記憶装置の消去時のタイミ
ングチャートの一例を示す図である。
FIG. 80 is a diagram showing an example of a timing chart at the time of erasing of the semiconductor memory device of the present invention.

【図81】 本発明の半導体記憶装置の消去時のタイミ
ングチャートの一例を示す図である。
81 is a diagram showing an example of a timing chart at the time of erasing of the semiconductor memory device of the present invention. FIG.

【図82】 本発明の半導体記憶装置の製造例1を示す
断面(図1のA−A’線)工程図である。
FIG. 82 is a cross-sectional (AA ′ line in FIG. 1) process drawing showing Manufacturing Example 1 of the semiconductor memory device of the present invention.

【図83】 本発明の半導体記憶装置の製造例1を示す
断面(図1のA−A’線)工程図である。
FIG. 83 is a cross-sectional (AA ′ line in FIG. 1) process drawing showing Production Example 1 of the semiconductor memory device of the present invention.

【図84】 本発明の半導体記憶装置の製造例1を示す
断面(図1のA−A’線)工程図である。
FIG. 84 is a cross-sectional (AA ′ line in FIG. 1) process drawing showing Manufacturing Example 1 of the semiconductor memory device of the present invention.

【図85】 本発明の半導体記憶装置の製造例1を示す
断面(図1のA−A’線)工程図である。
FIG. 85 is a cross-sectional (AA ′ line in FIG. 1) process drawing showing Manufacturing Example 1 of the semiconductor memory device of the present invention.

【図86】 本発明の半導体記憶装置の製造例1を示す
断面(図1のA−A’線)工程図である。
FIG. 86 is a cross-sectional (AA ′ line in FIG. 1) process drawing showing a first manufacturing example of the semiconductor memory device of the present invention.

【図87】 本発明の半導体記憶装置の製造例1を示す
断面(図1のA−A’線)工程図である。
FIG. 87 is a cross-sectional (AA ′ line in FIG. 1) process drawing showing Production Example 1 of the semiconductor memory device of the present invention.

【図88】 本発明の半導体記憶装置の製造例1を示す
断面(図1のA−A’線)工程図である。
88 is a cross-sectional (AA 'line in FIG. 1) process drawing showing Manufacturing Example 1 of the semiconductor memory device of the present invention. FIG.

【図89】 本発明の半導体記憶装置の製造例1を示す
断面(図1のA−A’線)工程図である。
FIG. 89 is a cross-sectional (AA ′ line in FIG. 1) process drawing showing Production Example 1 of the semiconductor memory device of the present invention.

【図90】 本発明の半導体記憶装置の製造例1を示す
断面(図1のA−A’線)工程図である。
FIG. 90 is a cross-sectional (AA ′ line in FIG. 1) process drawing showing Production Example 1 of the semiconductor memory device of the present invention.

【図91】 本発明の半導体記憶装置の製造例1を示す
断面(図1のA−A’線)工程図である。
FIG. 91 is a cross-sectional (AA ′ line in FIG. 1) process drawing showing Production Example 1 of the semiconductor memory device of the present invention.

【図92】 本発明の半導体記憶装置の製造例1を示す
断面(図1のB−B’線)工程図である。
FIG. 92 is a cross-sectional (BB ′ line in FIG. 1) process drawing showing Manufacturing Example 1 of the semiconductor memory device of the present invention.

【図93】 本発明の半導体記憶装置の製造例1を示す
断面(図1のB−B’線)工程図である。
FIG. 93 is a cross-sectional (BB ′ line in FIG. 1) process drawing showing Production Example 1 of the semiconductor memory device of the present invention.

【図94】 本発明の半導体記憶装置の製造例1を示す
断面(図1のB−B’線)工程図である。
FIG. 94 is a cross-sectional (BB ′ line in FIG. 1) process drawing showing Production Example 1 of the semiconductor memory device of the present invention.

【図95】 本発明の半導体記憶装置の製造例1を示す
断面(図1のB−B’線)工程図である。
FIG. 95 is a cross-sectional (BB ′ line in FIG. 1) process drawing showing Manufacturing Example 1 of the semiconductor memory device of the present invention.

【図96】 本発明の半導体記憶装置の製造例1を示す
断面(図1のB−B’線)工程図である。
96 is a cross-sectional (BB ′ line in FIG. 1) process drawing showing Manufacturing Example 1 of the semiconductor memory device of the present invention. FIG.

【図97】 本発明の半導体記憶装置の製造例1を示す
断面(図1のB−B’線)工程図である。
97 is a cross-sectional (BB ′ line in FIG. 1) process drawing showing Production Example 1 of the semiconductor memory device of the present invention. FIG.

【図98】 本発明の半導体記憶装置の製造例1を示す
断面(図1のB−B’線)工程図である。
98 is a cross-sectional (BB ′ line in FIG. 1) process drawing showing Production Example 1 of the semiconductor memory device of the present invention. FIG.

【図99】 本発明の半導体記憶装置の製造例1を示す
断面(図1のB−B’線)工程図である。
99 is a cross-sectional (BB ′ line in FIG. 1) process drawing showing Production Example 1 of the semiconductor memory device of the present invention. FIG.

【図100】 本発明の半導体記憶装置の製造例1を示
す断面(図1のB−B’線)工程図である。
FIG. 100 is a cross-sectional (BB ′ line in FIG. 1) process drawing showing Production Example 1 of the semiconductor memory device of the present invention.

【図101】 本発明の半導体記憶装置の製造例1を示
す断面(図1のB−B’線)工程図である。
101 is a cross-sectional (BB ′ line in FIG. 1) process drawing showing Manufacturing Example 1 of the semiconductor memory device of the present invention. FIG.

【図102】 本発明の半導体記憶装置の製造例2を示
す断面(図1のA−A’線)工程図である。
102 is a sectional (AA 'line in FIG. 1) process drawing showing a second manufacturing example of the semiconductor memory device of the present invention; FIG.

【図103】 本発明の半導体記憶装置の製造例2を示
す断面(図1のA−A’線)工程図である。
103 is a sectional (AA ′ line in FIG. 1) process drawing showing a second manufacturing example of the semiconductor memory device of the present invention; FIG.

【図104】 本発明の半導体記憶装置の製造例2を示
す断面(図1のA−A’線)工程図である。
FIG. 104 is a sectional (AA ′ line in FIG. 1) process diagram showing a second manufacturing example of the semiconductor memory device of the present invention.

【図105】 本発明の半導体記憶装置の製造例2を示
す断面(図1のA−A’線)工程図である。
FIG. 105 is a cross-sectional (AA ′ line in FIG. 1) process drawing showing a second manufacturing example of the semiconductor memory device of the present invention.

【図106】 本発明の半導体記憶装置の製造例2を示
す断面(図1のA−A’線)工程図である。
FIG. 106 is a sectional (AA ′ line in FIG. 1) process diagram showing a second manufacturing example of the semiconductor memory device of the present invention.

【図107】 本発明の半導体記憶装置の製造例2を示
す断面(図1のA−A’線)工程図である。
FIG. 107 is a sectional (AA ′ line in FIG. 1) process diagram showing a second manufacturing example of the semiconductor memory device of the present invention.

【図108】 本発明の半導体記憶装置の製造例2を示
す断面(図1のA−A’線)工程図である。
FIG. 108 is a sectional (AA ′ line in FIG. 1) process diagram showing a second manufacturing example of the semiconductor memory device of the present invention.

【図109】 本発明の半導体記憶装置の製造例2を示
す断面(図1のA−A’線)工程図である。
FIG. 109 is a cross-sectional (AA ′ line in FIG. 1) process drawing showing a second manufacturing example of the semiconductor memory device of the present invention.

【図110】 本発明の半導体記憶装置の製造例2を示
す断面(図1のA−A’線)工程図である。
110 is a sectional (AA 'line in FIG. 1) process drawing showing a second manufacturing example of the semiconductor memory device of the present invention; FIG.

【図111】 本発明の半導体記憶装置の製造例2を示
す断面(図1のA−A’線)工程図である。
111 is a sectional (AA ′ line in FIG. 1) process drawing showing a second manufacturing example of the semiconductor memory device of the present invention. FIG.

【図112】 本発明の半導体記憶装置の製造例2を示
す断面(図1のA−A’線)工程図である。
112 is a sectional (AA ′ line in FIG. 1) process drawing showing a second manufacturing example of the semiconductor memory device of the present invention. FIG.

【図113】 本発明の半導体記憶装置の製造例2を示
す断面(図1のA−A’線)工程図である。
113 is a sectional (AA ′ line in FIG. 1) process drawing showing a second manufacturing example of the semiconductor memory device of the present invention. FIG.

【図114】 本発明の半導体記憶装置の製造例2を示
す断面(図1のA−A’線)工程図である。
FIG. 114 is a cross-sectional (AA ′ line in FIG. 1) process drawing showing a second manufacturing example of the semiconductor memory device of the present invention.

【図115】 本発明の半導体記憶装置の製造例2を示
す断面(図1のA−A’線)工程図である。
115 is a sectional (AA ′ line in FIG. 1) process drawing showing a second manufacturing example of the semiconductor memory device of the present invention. FIG.

【図116】 本発明の半導体記憶装置の製造例2を示
す断面(図1のB−B’線)工程図である。
FIG. 116 is a sectional (BB ′ line in FIG. 1) process drawing showing a second manufacturing example of the semiconductor memory device of the present invention.

【図117】 本発明の半導体記憶装置の製造例2を示
す断面(図1のB−B’線)工程図である。
117 is a cross-sectional (BB ′ line in FIG. 1) process drawing showing a second manufacturing example of the semiconductor memory device of the present invention. FIG.

【図118】 本発明の半導体記憶装置の製造例2を示
す断面(図1のB−B’線)工程図である。
118 is a cross-sectional (BB ′ line in FIG. 1) process drawing showing a second manufacturing example of the semiconductor memory device of the present invention. FIG.

【図119】 本発明の半導体記憶装置の製造例2を示
す断面(図1のB−B’線)工程図である。
FIG. 119 is a sectional (BB ′ line in FIG. 1) process drawing showing a second manufacturing example of the semiconductor memory device of the present invention.

【図120】 本発明の半導体記憶装置の製造例2を示
す断面(図1のB−B’線)工程図である。
120 is a cross-sectional (BB ′ line in FIG. 1) process drawing showing a second manufacturing example of the semiconductor memory device of the present invention. FIG.

【図121】 本発明の半導体記憶装置の製造例2を示
す断面(図1のB−B’線)工程図である。
FIG. 121 is a cross-sectional (BB ′ line in FIG. 1) process drawing showing a second manufacturing example of the semiconductor memory device of the present invention.

【図122】 本発明の半導体記憶装置の製造例2を示
す断面(図1のB−B’線)工程図である。
122 is a cross-sectional (BB ′ line in FIG. 1) process drawing showing a second manufacturing example of the semiconductor memory device of the present invention. FIG.

【図123】 本発明の半導体記憶装置の製造例2を示
す断面(図1のB−B’線)工程図である。
FIG. 123 is a sectional (BB ′ line in FIG. 1) process diagram showing a second manufacturing example of the semiconductor memory device of the present invention.

【図124】 本発明の半導体記憶装置の製造例2を示
す断面(図1のB−B’線)工程図である。
FIG. 124 is a cross-sectional (BB ′ line in FIG. 1) process drawing showing a second manufacturing example of the semiconductor memory device of the present invention.

【図125】 本発明の半導体記憶装置の製造例2を示
す断面(図1のB−B’線)工程図である。
FIG. 125 is a cross-sectional (BB ′ line in FIG. 1) process drawing showing a second manufacturing example of the semiconductor memory device of the present invention.

【図126】 本発明の半導体記憶装置の製造例2を示
す断面(図1のB−B’線)工程図である。
126 is a cross-sectional (BB ′ line in FIG. 1) process drawing showing a second manufacturing example of the semiconductor memory device of the present invention. FIG.

【図127】 本発明の半導体記憶装置の製造例2を示
す断面(図1のB−B’線)工程図である。
127 is a sectional (BB ′ line in FIG. 1) process drawing showing a second manufacturing example of the semiconductor memory device of the present invention. FIG.

【図128】 本発明の半導体記憶装置の製造例2を示
す断面(図1のB−B’線)工程図である。
FIG. 128 is a sectional (BB ′ line in FIG. 1) process drawing showing a second manufacturing example of the semiconductor memory device of the present invention.

【図129】 本発明の半導体記憶装置の製造例2を示
す断面(図1のB−B’線)工程図である。
FIG. 129 is a sectional (BB ′ line in FIG. 1) process drawing showing a second manufacturing example of the semiconductor memory device of the present invention.

【図130】 本発明の半導体記憶装置の製造例3を示
す断面(図1のA−A’線)工程図である。
FIG. 130 is a cross-sectional (AA ′ line in FIG. 1) process drawing showing a third manufacturing example of the semiconductor memory device of the present invention.

【図131】 本発明の半導体記憶装置の製造例3を示
す断面(図1のA−A’線)工程図である。
131 is a cross-sectional (AA 'line in FIG. 1) process drawing showing Production Example 3 of the semiconductor memory device of the present invention. FIG.

【図132】 本発明の半導体記憶装置の製造例3を示
す断面(図1のA−A’線)工程図である。
132 is a sectional (AA 'line in FIG. 1) process drawing showing a third example of manufacturing the semiconductor memory device of the present invention. FIG.

【図133】 本発明の半導体記憶装置の製造例3を示
す断面(図1のA−A’線)工程図である。
FIG. 133 is a cross-sectional (AA ′ line in FIG. 1) process drawing showing a manufacturing example 3 of the semiconductor memory device of the present invention.

【図134】 本発明の半導体記憶装置の製造例3を示
す断面(図1のA−A’線)工程図である。
FIG. 134 is a cross-sectional (AA ′ line in FIG. 1) process drawing showing Production Example 3 of the semiconductor memory device of the present invention.

【図135】 本発明の半導体記憶装置の製造例3を示
す断面(図1のA−A’線)工程図である。
FIG. 135 is a cross-sectional (AA 'line in FIG. 1) process drawing showing a third manufacturing example of the semiconductor memory device of the present invention.

【図136】 本発明の半導体記憶装置の製造例3を示
す断面(図1のA−A’線)工程図である。
FIG. 136 is a cross-sectional (AA ′ line in FIG. 1) process drawing showing a third manufacturing example of the semiconductor memory device of the present invention.

【図137】 本発明の半導体記憶装置の製造例3を示
す断面(図1のB−B’線)工程図である。
137 is a cross-sectional (BB ′ line in FIG. 1) process drawing showing a third manufacturing example of the semiconductor memory device of the present invention. FIG.

【図138】 本発明の半導体記憶装置の製造例3を示
す断面(図1のB−B’線)工程図である。
138 is a cross-sectional (BB ′ line in FIG. 1) process drawing showing a third manufacturing example of the semiconductor memory device of the present invention. FIG.

【図139】 本発明の半導体記憶装置の製造例3を示
す断面(図1のB−B’線)工程図である。
139 is a cross-sectional (BB ′ line in FIG. 1) process drawing showing a third manufacturing example of the semiconductor memory device of the present invention. FIG.

【図140】 本発明の半導体記憶装置の製造例3を示
す断面(図1のB−B’線)工程図である。
FIG. 140 is a cross-sectional (BB ′ line in FIG. 1) process drawing showing a third manufacturing example of the semiconductor memory device of the present invention.

【図141】 本発明の半導体記憶装置の製造例3を示
す断面(図1のB−B’線)工程図である。
141 is a cross-sectional (BB ′ line in FIG. 1) process drawing showing a third manufacturing example of the semiconductor memory device of the present invention. FIG.

【図142】 本発明の半導体記憶装置の製造例3を示
す断面(図1のB−B’線)工程図である。
FIG. 142 is a cross-sectional (BB ′ line in FIG. 1) process drawing showing a manufacturing example 3 of the semiconductor memory device of the present invention.

【図143】 本発明の半導体記憶装置の製造例3を示
す断面(図1のB−B’線)工程図である。
FIG. 143 is a sectional (BB ′ line in FIG. 1) process drawing showing a third manufacturing example of the semiconductor memory device of the present invention.

【図144】 本発明の半導体記憶装置の製造例4を示
す断面(図1のA−A’線)工程図である。
FIG. 144 is a cross-sectional (AA ′ line in FIG. 1) process drawing showing a manufacturing example 4 of the semiconductor memory device of the present invention.

【図145】 本発明の半導体記憶装置の製造例4を示
す断面(図1のA−A’線)工程図である。
FIG. 145 is a cross-sectional (AA ′ line in FIG. 1) process drawing showing a fourth example of manufacturing the semiconductor memory device of the present invention.

【図146】 本発明の半導体記憶装置の製造例4を示
す断面(図1のB−B’線)工程図である。
FIG. 146 is a sectional (BB ′ line in FIG. 1) process drawing showing a fourth manufacturing example of the semiconductor memory device of the present invention.

【図147】 本発明の半導体記憶装置の製造例4を示
す断面(図1のB−B’線)工程図である。
FIG. 147 is a cross-sectional (BB ′ line in FIG. 1) process drawing showing a manufacturing example 4 of the semiconductor memory device of the present invention.

【図148】 本発明の半導体記憶装置の製造例5を示
す断面(図9のA−A’線)工程図である。
148 is a sectional (AA ′ line in FIG. 9) process drawing showing a fifth example of manufacturing the semiconductor memory device of the present invention. FIG.

【図149】 本発明の半導体記憶装置の製造例5を示
す断面(図9のB−B’線)工程図である。
FIG. 149 is a sectional (BB ′ line in FIG. 9) process drawing showing a fifth example of manufacturing the semiconductor memory device of the present invention.

【図150】 本発明の半導体記憶装置の製造例6を示
す断面(図9のA−A’線)工程図である。
FIG. 150 is a cross-sectional (AA ′ line in FIG. 9) process drawing showing a sixth manufacturing example of the semiconductor memory device of the present invention.

【図151】 本発明の半導体記憶装置の製造例6を示
す断面(図9のA−A’線)工程図である。
151 is a cross-sectional (AA 'line in FIG. 9) process drawing showing a sixth manufacturing example of the semiconductor memory device of the present invention. FIG.

【図152】 本発明の半導体記憶装置の製造例6を示
す断面(図9のB−B’線)工程図である。
152 is a cross-sectional (BB ′ line in FIG. 9) process drawing showing Production Example 6 of the semiconductor memory device of the present invention. FIG.

【図153】 本発明の半導体記憶装置の製造例6を示
す断面(図9のB−B’線)工程図である。
153 is a cross-sectional (BB ′ line in FIG. 9) process drawing showing a sixth manufacturing example of the semiconductor memory device of the present invention. FIG.

【図154】 本発明の半導体記憶装置の製造例7を示
す断面(図1のA−A’線)工程図である。
FIG. 154 is a cross-sectional (AA ′ line in FIG. 1) process drawing showing a seventh manufacturing example of the semiconductor memory device of the present invention.

【図155】 本発明の半導体記憶装置の製造例7を示
す断面(図1のB−B’線)工程図である。
155 is a cross-sectional (BB ′ line in FIG. 1) process drawing showing a seventh manufacturing example of the semiconductor memory device of the present invention. FIG.

【図156】 本発明の半導体記憶装置の製造例8を示
す断面(図1のA−A’線)工程図である。
156 is a cross-sectional (AA ′ line in FIG. 1) process drawing showing a manufacturing example 8 of the semiconductor memory device of the present invention. FIG.

【図157】 本発明の半導体記憶装置の製造例8を示
す断面(図1のB−B’線)工程図である。
157 is a cross-sectional (BB ′ line in FIG. 1) process drawing showing a manufacturing example 8 of the semiconductor memory device of the present invention. FIG.

【図158】 本発明の半導体記憶装置の製造例9を示
す断面(図1のA−A’線)工程図である。
FIG. 158 is a sectional (AA ′ line in FIG. 1) process drawing showing a ninth example of manufacturing the semiconductor memory device of the present invention.

【図159】 本発明の半導体記憶装置の製造例9を示
す断面(図1のB−B’線)工程図である。
FIG. 159 is a sectional (BB ′ line in FIG. 1) process drawing showing a ninth example of manufacturing the semiconductor memory device of the present invention.

【図160】 本発明の半導体記憶装置の製造例10を
示す断面(図1のA−A’線)工程図である。
FIG. 160 is a cross-sectional (AA ′ line in FIG. 1) process drawing showing a manufacturing example 10 of the semiconductor memory device of the present invention.

【図161】 本発明の半導体記憶装置の製造例10を
示す断面(図1のB−B’線)工程図である。
161 is a cross-sectional (BB ′ line in FIG. 1) process drawing showing a manufacturing example 10 of the semiconductor memory device of the present invention. FIG.

【図162】 本発明の半導体記憶装置の製造例11を
示す断面(図1のA−A’線)工程図である。
162 is a sectional (AA ′ line in FIG. 1) process drawing showing a manufacturing example 11 of the semiconductor memory device of the present invention. FIG.

【図163】 本発明の半導体記憶装置の製造例11を
示す断面(図1のB−B’線)工程図である。
FIG. 163 is a cross-sectional (BB ′ line in FIG. 1) process drawing showing a manufacturing example 11 of the semiconductor memory device of the present invention.

【図164】 本発明の半導体記憶装置の製造例12を
示す断面(図1のA−A’線)工程図である。
FIG. 164 is a cross-sectional (AA ′ line in FIG. 1) process drawing showing Production Example 12 of the semiconductor memory device of the present invention.

【図165】 本発明の半導体記憶装置の製造例12を
示す断面(図1のB−B’線)工程図である。
FIG. 165 is a cross-sectional (BB ′ line in FIG. 1) process drawing showing Production Example 12 of the semiconductor memory device of the present invention.

【図166】 本発明の半導体記憶装置の製造例13を
示す断面(図1のA−A’線)工程図である。
166 is a sectional (AA 'line in FIG. 1) process drawing showing a manufacturing example 13 of the semiconductor memory device of the present invention. FIG.

【図167】 本発明の半導体記憶装置の製造例13を
示す断面(図1のB−B’線)工程図である。
FIG. 167 is a cross-sectional (BB ′ line in FIG. 1) process drawing showing Production Example 13 of the semiconductor memory device of the present invention.

【図168】 本発明の半導体記憶装置の製造例14を
示す断面(図1のA−A’線)工程図である。
FIG. 168 is a sectional (AA ′ line in FIG. 1) process drawing showing a manufacturing example 14 of the semiconductor memory device of the present invention.

【図169】 本発明の半導体記憶装置の製造例14を
示す断面(図1のB−B’線)工程図である。
FIG. 169 is a sectional (BB ′ line in FIG. 1) process drawing showing a manufacturing example 14 of the semiconductor memory device of the present invention.

【図170】 本発明の半導体記憶装置の製造例15を
示す断面(図1のA−A’線)工程図である。
170 is a cross-sectional (AA ′ line in FIG. 1) process drawing showing a manufacturing example 15 of the semiconductor memory device of the present invention. FIG.

【図171】 本発明の半導体記憶装置の製造例15を
示す断面(図1のA−A’線)工程図である。
171 is a cross-sectional (AA ′ line in FIG. 1) process drawing showing a manufacturing example 15 of the semiconductor memory device of the present invention. FIG.

【図172】 本発明の半導体記憶装置の製造例15を
示す断面(図1のB−B’線)工程図である。
172 is a cross-sectional (BB ′ line in FIG. 1) process drawing showing a manufacturing example 15 of the semiconductor memory device of the present invention. FIG.

【図173】 本発明の半導体記憶装置の製造例15を
示す断面(図1のB−B’線)工程図である。
173 is a cross-sectional (BB ′ line in FIG. 1) process drawing showing a manufacturing example 15 of the semiconductor memory device of the present invention. FIG.

【図174】 本発明の半導体記憶装置の製造例16を
示す断面(図1のA−A’線)工程図である。
FIG. 174 is a sectional (AA ′ line in FIG. 1) process drawing showing a sixteenth manufacturing example of the semiconductor memory device of the present invention.

【図175】 本発明の半導体記憶装置の製造例16を
示す断面(図1のA−A’線)工程図である。
175 is a sectional (AA ′ line in FIG. 1) process drawing showing a manufacturing example 16 of the semiconductor memory device of the present invention. FIG.

【図176】 本発明の半導体記憶装置の製造例16を
示す断面(図1のB−B’線)工程図である。
176 is a sectional (BB ′ line in FIG. 1) process drawing showing a sixteenth manufacturing example of the semiconductor memory device of the present invention; FIG.

【図177】 本発明の半導体記憶装置の製造例16を
示す断面(図1のB−B’線)工程図である。
177 is a cross-sectional (BB ′ line in FIG. 1) process drawing showing a sixteenth manufacturing example of the semiconductor memory device of the present invention. FIG.

【図178】 本発明の半導体記憶装置の製造例17を
示す断面(図1のA−A’線)工程図である。
178 is a cross-sectional (AA ′ line in FIG. 1) process drawing showing a seventeenth manufacturing example of the semiconductor memory device of the present invention. FIG.

【図179】 本発明の半導体記憶装置の製造例17を
示す断面(図1のA−A’線)工程図である。
179 is a sectional (AA ′ line in FIG. 1) process drawing showing a seventeenth manufacturing example of the semiconductor memory device of the present invention; FIG.

【図180】 本発明の半導体記憶装置の製造例17を
示す断面(図1のA−A’線)工程図である。
180 is a sectional (AA 'line in FIG. 1) process drawing showing a seventeenth manufacturing example of the semiconductor memory device of the present invention. FIG.

【図181】 本発明の半導体記憶装置の製造例17を
示す断面(図1のA−A’線)工程図である。
181 is a sectional (AA ′ line in FIG. 1) process drawing showing a manufacturing example 17 of the semiconductor memory device of the present invention. FIG.

【図182】 本発明の半導体記憶装置の製造例17を
示す断面(図1のB−B’線)工程図である。
182 is a sectional (BB ′ line in FIG. 1) process drawing showing a manufacturing example 17 of the semiconductor memory device of the present invention. FIG.

【図183】 本発明の半導体記憶装置の製造例17を
示す断面(図1のB−B’線)工程図である。
183 is a sectional (BB ′ line in FIG. 1) process drawing showing a manufacturing example 17 of the semiconductor memory device of the present invention. FIG.

【図184】 本発明の半導体記憶装置の製造例17を
示す断面(図1のB−B’線)工程図である。
184 is a sectional (BB ′ line in FIG. 1) process drawing showing a manufacturing example 17 of the semiconductor memory device of the present invention. FIG.

【図185】 本発明の半導体記憶装置の製造例17を
示す断面(図1のB−B’線)工程図である。
185 is a sectional (BB ′ line in FIG. 1) process drawing showing a manufacturing example 17 of the semiconductor memory device of the present invention. FIG.

【図186】 本発明の半導体記憶装置の製造例18を
示す断面(図1のA−A’線)工程図である。
FIG. 186 is a sectional (AA ′ line in FIG. 1) process drawing showing a manufacturing example 18 of the semiconductor memory device of the present invention.

【図187】 本発明の半導体記憶装置の製造例18を
示す断面(図1のB−B’線)工程図である。
187 is a cross-sectional (BB ′ line in FIG. 1) process drawing showing a manufacturing example 18 of the semiconductor memory device of the present invention. FIG.

【図188】 本発明の半導体記憶装置の製造例19を
示す断面(図8のH−H’線)工程図である。
188 is a sectional (HH ′ line in FIG. 8) process drawing showing a manufacturing example 19 of the semiconductor memory device of the present invention. FIG.

【図189】 本発明の半導体記憶装置の製造例19を
示す断面(図8のI1−I1′線)工程図である。
189 is a sectional (I1-I1 ′ line in FIG. 8) process drawing showing a manufacturing example 19 of the semiconductor memory device of the present invention; FIG.

【図190】 本発明の半導体記憶装置の製造例19を
示す断面(図8のI2−I2′線)工程図である。
190 is a sectional (I2-I2 ′ line in FIG. 8) process drawing showing a manufacturing example 19 of the semiconductor memory device of the present invention. FIG.

【図191】 本発明の半導体記憶装置の製造例19を
示す断面(図8のI3−I3′線)工程図である。
191 is a sectional (I3-I3 ′ line in FIG. 8) process drawing showing a manufacturing example 19 of the semiconductor memory device of the present invention. FIG.

【図192】 本発明の半導体記憶装置の製造例19を
示す断面(図8のI4−I4′線)工程図である。
192 is a sectional (I4-I4 ′ line in FIG. 8) process drawing showing a manufacturing example 19 of the semiconductor memory device of the present invention; FIG.

【図193】 本発明の半導体記憶装置の製造例19を
示す断面(図8のI5−I5′線)工程図である。
193 is a sectional (I5-I5 ′ line in FIG. 8) process drawing showing a manufacturing example 19 of the semiconductor memory device of the present invention. FIG.

【図194】 本発明の半導体記憶装置の製造例20を
示す断面(図1のA−A’線)工程図である。
FIG. 194 is a sectional (AA ′ line in FIG. 1) process drawing showing a manufacturing example 20 of the semiconductor memory device of the present invention.

【図195】 本発明の半導体記憶装置の製造例20を
示す断面(図1のA−A’線)工程図である。
195 is a sectional (AA ′ line in FIG. 1) process drawing showing a manufacturing example 20 of the semiconductor memory device of the present invention. FIG.

【図196】 本発明の半導体記憶装置の製造例20を
示す断面(図1のB−B’線)工程図である。
196 is a cross-sectional (BB ′ line in FIG. 1) process drawing showing a manufacturing example 20 of the semiconductor memory device of the present invention. FIG.

【図197】 本発明の半導体記憶装置の製造例20を
示す断面(図1のB−B’線)工程図である。
197 is a cross-sectional (BB ′ line in FIG. 1) process drawing showing a manufacturing example 20 of the semiconductor memory device of the present invention. FIG.

【図198】 本発明の半導体記憶装置の製造例21を
示す断面(図1のA−A’線)工程図である。
FIG. 198 is a sectional (AA ′ line in FIG. 1) process drawing showing a manufacturing example 21 of the semiconductor memory device of the present invention.

【図199】 本発明の半導体記憶装置の製造例21を
示す断面(図1のA−A’線)工程図である。
199 is a sectional (AA ′ line in FIG. 1) process drawing showing a manufacturing example 21 of the semiconductor memory device of the present invention; FIG.

【図200】 本発明の半導体記憶装置の製造例21を
示す断面(図1のB−B’線)工程図である。
200 is a cross-sectional (BB ′ line in FIG. 1) process drawing showing a manufacturing example 21 of the semiconductor memory device of the present invention. FIG.

【図201】 本発明の半導体記憶装置の製造例21を
示す断面(図1のB−B’線)工程図である。
201 is a sectional (BB ′ line in FIG. 1) process drawing showing a manufacturing example 21 of the semiconductor memory device of the present invention. FIG.

【図202】 従来のEEPROMを示す平面図であ
る。
FIG. 202 is a plan view showing a conventional EEPROM.

【図203】 図202のA−A’及びB−B’断面図
である。
203 is a cross-sectional view taken along the line AA ′ and the line BB ′ of FIG. 202.

【図204】 従来のEEPROMの製造方法を示す工
程断面図である。
FIG. 204 is a step sectional view showing the method of manufacturing the conventional EEPROM.

【図205】 従来のEEPROMの製造方法を示す工
程断面図である。
205 is a process sectional view showing the manufacturing method of the conventional EEPROM. FIG.

【図206】 従来のEEPROMの製造方法を示す工
程断面図である。
FIG. 206 is a process cross-sectional view showing the method of manufacturing the conventional EEPROM.

【図207】 従来のEEPROMの製造方法を示す工
程断面図である。
FIG. 207 is a process cross-sectional view showing the method of manufacturing the conventional EEPROM.

【図208】 従来のEEPROMの平面図及び対応す
る等価回路図である。
FIG. 208 is a plan view of a conventional EEPROM and a corresponding equivalent circuit diagram.

【図209】 従来のMNOS構造のメモリセルの断面図で
ある
FIG. 209 is a cross-sectional view of a conventional MNOS structure memory cell.

【図210】 従来の別のMNOS構造のメモリセルの断面
図である
FIG. 210 is a cross-sectional view of another conventional MNOS structure memory cell.

【図211】 一つの柱状シリコン層に複数のメモリセ
ルを形成した半導体装置の断面図である。
211 is a cross-sectional view of a semiconductor device in which a plurality of memory cells are formed in one columnar silicon layer. FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

100、3100 シリコン基板(半導体基板) 101 SOI半導体基板(半導体基板) 110、3110 島状半導体層 210、220 溝部 400、410、420、431、432、441、4
42、443、450、460、461、462、46
3、464、465、471、481、484、49
0、491、492、491、492、495、49
9、3420、3431、3434、3471 シリコ
ン酸化膜 310、321、322、323、324、331、3
40、341、342、343、350、351、35
2、353 シリコン窒化膜 500、510、511、512、513、514、5
20、521、522、523、524、530、35
11、3512、3513、3514 多結晶シリコン
膜 612、613 層間絶縁膜 622、623 積層絶縁膜 710、721、722、723、724、725、7
26、727、3710、3721、3724 不純物
拡散層 810、821、824、832、833、840、3
840、3850 配線層 910、921、932、933、924 コンタクト
部 R1、R11、R12 レジスト
100, 3100 Silicon substrate (semiconductor substrate) 101 SOI semiconductor substrate (semiconductor substrate) 110, 3110 Island semiconductor layers 210, 220 Groove parts 400, 410, 420, 431, 432, 441, 4
42, 443, 450, 460, 461, 462, 46
3, 464, 465, 471, 481, 484, 49
0, 491, 492, 491, 492, 495, 49
9, 3420, 3431, 3434, 3471 Silicon oxide films 310, 321, 322, 323, 324, 331, 3
40, 341, 342, 343, 350, 351, 35
2,353 Silicon nitride films 500, 510, 511, 512, 513, 514, 5
20, 521, 522, 523, 524, 530, 35
11, 3512, 3513, 3514 polycrystalline silicon films 612, 613 interlayer insulating films 622, 623 laminated insulating films 710, 721, 722, 723, 724, 725, 7
26, 727, 3710, 3721, 3724 Impurity diffusion layers 810, 821, 824, 832, 833, 840, 3
840, 3850 Wiring layers 910, 921, 932, 933, 924 Contact portions R1, R11, R12 Resist

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 27/115 H01L 27/10 671C 29/788 29/792 (72)発明者 谷上 拓司 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 横山 敬 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 (72)発明者 竹内 昇 大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号 シ ャープ株式会社内 Fターム(参考) 5F083 AD03 AD04 BS02 EP02 EP18 EP22 EP55 EP56 EP76 ER03 ER05 ER09 ER19 ER23 ER30 HA02 JA04 LA12 LA16 PR39 PR40 5F101 BA01 BA29 BA36 BA45 BA46 BB02 BC02 BC11 BD10 BD16 BD22 BD30 BD34 BE05 BE06 BH19 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (51) Int.Cl. 7 Identification code FI theme code (reference) H01L 27/115 H01L 27/10 671C 29/788 29/792 (72) Inventor Takuji Tanigami Osaka City, Osaka Prefecture 22-22 Nagaike-cho, Abeno-ku, Sharp Corporation (72) Inventor Kei Yokoyama 22-22, Nagaike-cho, Abeno-ku, Osaka-shi, Osaka Prefecture 72, Inventor, Noboru Takeuchi 22, Nagaike-cho, Abeno-ku, Osaka No. 22 F-term in Sharp Corporation (reference) 5F083 AD03 AD04 BS02 EP02 EP18 EP22 EP55 EP56 EP76 ER03 ER05 ER09 ER19 ER23 ER30 HA02 JA04 LA12 LA16 PR39 PR40 5F101 BA01 BA29 BA36 BA45 BA46 BB02 BC02 BC11 BD10 BD16 BD22 BD30 BD30 BE06 BH19

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 半導体基板上に少なくとも1つの島状半
導体層を形成する工程と、 該島状半導体層表面にトンネル絶縁膜を形成する工程
と、 該トンネル絶縁膜上に、高さ方向に分割された第1導電
膜からなるサイドウォールスペーサを形成する工程と、 該分割された第1導電膜に対して自己整合的に不純物を
導入して不純物拡散層を形成する工程と、 該第1導電膜上に層間容量膜及び第二導電膜を形成する
工程とを含むことにより、 半導体基板と、少なくとも1つの島状半導体層、該島状
半導体層の側壁の周囲の全部又は一部に形成された電荷
蓄積層及び制御ゲートから構成される少なくとも1つの
メモリセルとを有し、該メモリセルの少なくとも1つが
前記半導体基板から電気的に絶縁されてなる半導体記憶
装置を製造することを特徴とする半導体記憶装置の製造
方法。
1. A step of forming at least one island-shaped semiconductor layer on a semiconductor substrate, a step of forming a tunnel insulating film on the surface of the island-shaped semiconductor layer, and a division in the height direction on the tunnel insulating film. Forming a side wall spacer made of the separated first conductive film, forming an impurity diffusion layer by introducing impurities into the divided first conductive film in a self-aligned manner, and By including a step of forming an interlayer capacitance film and a second conductive film on the film, the semiconductor substrate, at least one island-shaped semiconductor layer, and all or part of the periphery of the sidewall of the island-shaped semiconductor layer are formed. And a at least one memory cell including a charge storage layer and a control gate, wherein at least one of the memory cells is electrically insulated from the semiconductor substrate. The method of manufacturing a semiconductor memory device that.
【請求項2】 半導体基板上に少なくとも1つの島状半
導体層を形成する工程と、 該島状半導体層表面にトンネル絶縁膜を形成する工程
と、 該トンネル絶縁膜上に積層絶縁膜からなる電荷蓄積層を
形成する工程と、 該電荷蓄積層上に、高さ方向に分割された第1導電膜か
らなるサイドウォールスペーサを形成する工程と、 該分割された第1導電膜に対して自己整合的に不純物を
導入して不純物拡散層を形成する工程とを含むことによ
り、 半導体基板と、少なくとも1つの島状半導体層、該島状
半導体層の側壁の周囲の全部又は一部に形成された電荷
蓄積層及び制御ゲートから構成される少なくとも1つの
メモリセルとを有し、該メモリセルの少なくとも1つが
前記半導体基板から電気的に絶縁されてなる半導体記憶
装置を製造することを特徴とする半導体記憶装置の製造
方法。
2. A step of forming at least one island-shaped semiconductor layer on a semiconductor substrate, a step of forming a tunnel insulating film on the surface of the island-shaped semiconductor layer, and a charge made of a laminated insulating film on the tunnel insulating film. A step of forming a storage layer, a step of forming a sidewall spacer made of a first conductive film divided in the height direction on the charge storage layer, and a self-alignment with the divided first conductive film And the step of forming an impurity diffusion layer by introducing impurities into the semiconductor substrate, at least one island-shaped semiconductor layer, and all or part of the periphery of the sidewall of the island-shaped semiconductor layer. A semiconductor memory device having at least one memory cell including a charge storage layer and a control gate, wherein at least one of the memory cells is electrically insulated from the semiconductor substrate. The method of manufacturing a semiconductor memory device according to.
【請求項3】 半導体基板上に少なくとも1つの島状半
導体層を形成する工程と、 該島状半導体層表面の一部に不純物を導入して不純物拡
散層を形成する工程と、 該島状半導体層表面に、絶縁膜を介して、高さ方向に分
割された第1導電膜からなるサイドウォールスペーサを
形成する工程とを含むことにより、 半導体基板と、少なくとも1つの島状半導体層、該島状
半導体層の側壁の周囲の全部又は一部に形成された電荷
蓄積層及び制御ゲートから構成される少なくとも1つの
メモリセルとを有し、該メモリセルの少なくとも1つが
前記半導体基板から電気的に絶縁されてなる半導体記憶
装置を製造することを特徴とする半導体記憶装置の製造
方法。
3. A step of forming at least one island-shaped semiconductor layer on a semiconductor substrate, a step of introducing impurities into a part of the surface of the island-shaped semiconductor layer to form an impurity diffusion layer, and the island-shaped semiconductor. A step of forming a sidewall spacer made of a first conductive film divided in the height direction on the surface of the layer with an insulating film interposed between the semiconductor substrate, the at least one island-shaped semiconductor layer, and the island. At least one memory cell composed of a charge storage layer and a control gate formed on all or part of the periphery of the sidewall of the semiconductor layer, and at least one of the memory cells is electrically connected to the semiconductor substrate. A method of manufacturing a semiconductor memory device, which comprises manufacturing an insulated semiconductor memory device.
【請求項4】 さらに、各メモリセルが互いに電気的に
分離されるように、島状半導体層内で、半導体基板表面
に対して水平な方向に不純物拡散層がつながるように不
純物を拡散する工程を含む請求項1〜3のいずれか1つ
に記載の半導体記憶装置の製造方法。
4. A step of diffusing impurities in the island-shaped semiconductor layer so that the impurity diffusion layers are connected in a direction horizontal to the semiconductor substrate surface so that the memory cells are electrically isolated from each other. The method for manufacturing a semiconductor memory device according to claim 1, further comprising:
【請求項5】 島状半導体層を複数のマトリクス状に形
成し、さらに該島状半導体層の側壁を酸化し、該酸化膜
を除去することにより、一方向における前記島状半導体
層の幅を島状半導体層間の距離よりも小さくする請求項
1〜4のいずれか1つに記載の半導体記憶装置の製造方
法。
5. The width of the island-shaped semiconductor layer in one direction is formed by forming the island-shaped semiconductor layer in a plurality of matrix shapes, further oxidizing the sidewalls of the island-shaped semiconductor layer, and removing the oxide film. 5. The method for manufacturing a semiconductor memory device according to claim 1, wherein the distance is smaller than the distance between the island-shaped semiconductor layers.
【請求項6】 第1の導電膜をサイドウォール状に加工
する際、島状半導体層に側して第一導電膜直下に形成さ
れるチャネル層が、隣接するチャネル層と互いに電気的
に接続される程度に第一導電膜を互いに近接して配置す
るように、第一導電膜を2以上に分割する請求項1〜5
のいずれか1つに記載の半導体記憶装置の製造方法。
6. A channel layer formed immediately below the first conductive film facing the island-shaped semiconductor layer is electrically connected to an adjacent channel layer when processing the first conductive film into a sidewall shape. The first conductive film is divided into two or more so that the first conductive films are arranged close to each other to the extent that they are formed.
A method of manufacturing a semiconductor memory device according to any one of 1.
【請求項7】 さらに、分割された第1導電膜間に第3
の導電膜を配置する工程を含む請求項2〜6のいずれか
1つに記載の半導体装置の製方法。
7. The third conductive film is further provided between the divided first conductive films.
7. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 2, further comprising the step of disposing the conductive film.
【請求項8】 島状半導体層表面の一部の領域に絶縁膜
を形成するとともに、他の一部の領域に他の絶縁膜を形
成し、第1導電膜をこれら絶縁膜及び他の絶縁膜上に形
成する請求項1、3〜7のいずれか1つに記載の半導体
装置の製造方法。
8. An insulating film is formed on a part of the surface of the island-shaped semiconductor layer, and another insulating film is formed on another part of the surface, and the first conductive film is formed on the insulating film and the other insulating film. The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 1, wherein the semiconductor device is formed on a film.
【請求項9】 島状半導体層表面の一部の領域に層間絶
縁膜からなる電荷蓄積層を形成するとともに、他の一部
の領域に他の絶縁膜を形成し、第1導電膜をこれら電荷
蓄積層及び他の絶縁膜上に形成する請求項2、4〜7の
いずれか1つに記載の半導体装置の製方法。
9. A charge storage layer made of an interlayer insulating film is formed in a part of the surface of the island-shaped semiconductor layer, and another insulating film is formed in another part of the surface, and the first conductive film is The method for manufacturing a semiconductor device according to claim 2, wherein the semiconductor device is formed on a charge storage layer and another insulating film.
【請求項10】 半導体基板と、 少なくとも1つの島状半導体層、該島状半導体層の側壁
の周囲の全部又は一部に形成された電荷蓄積層及び制御
ゲートから構成される少なくとも1つのメモリセルとを
有する半導体記憶装置であって、 前記電荷蓄積層及び制御ゲート電極の一部が異なる材料
で形成され、 前記メモリセルの少なくとも1つが前記半導体基板から
電気的に絶縁されてなることを特徴とする半導体記憶装
置。
10. A semiconductor substrate, at least one island-shaped semiconductor layer, at least one memory cell including a charge storage layer formed on all or part of the periphery of the sidewall of the island-shaped semiconductor layer, and a control gate. And a part of the charge storage layer and the control gate electrode are formed of different materials, and at least one of the memory cells is electrically insulated from the semiconductor substrate. Semiconductor memory device.
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