JP2008192708A - 不揮発性半導体記憶装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】動作速度の高速化を実現することができる不揮発性半導体記憶装置を提供する。
【解決手段】NAND型フラッシュメモリ1において、データ線50の延在方向に隣接する複数個のメモリセルユニット20の第1の選択トランジスタ22の各々の制御電極を一体化し第1の選択信号線71を構成し、第2の選択トランジスタ23の各々の制御電極を一体化し第2の選択信号線72を構成する。第1の選択信号線71に対して、第2の選択信号線は、データ線50の延在方向に半配列ピッチ分ずれている。
【選択図】図1
【解決手段】NAND型フラッシュメモリ1において、データ線50の延在方向に隣接する複数個のメモリセルユニット20の第1の選択トランジスタ22の各々の制御電極を一体化し第1の選択信号線71を構成し、第2の選択トランジスタ23の各々の制御電極を一体化し第2の選択信号線72を構成する。第1の選択信号線71に対して、第2の選択信号線は、データ線50の延在方向に半配列ピッチ分ずれている。
【選択図】図1
Description
本発明は、不揮発性半導体記憶装置に関し、特に複数個のメモリセルを電気的に直列に接続したメモリストリングスの一端に選択トランジスタを介してデータ線が電気的に接続された構造を備えた不揮発性半導体記憶装置に関する。
不揮発性半導体記憶装置、特に電気的にデータ消去が可能であり、しかも大記憶容量化が可能であるNAND型フラッシュメモリの開発が進められている。NAND型フラッシュメモリは、複数個のメモリセルユニットを規則的に配列してメモリセルアレイを構築している。メモリセルユニットの一端にはソース線が接続され、他端にはデータ線が接続されている。
1つのメモリセルユニットは、複数個のメモリセルを電気的に直列に接続したメモリストリングスと、メモリストリングスの一端に電気的に接続されたソース側選択トランジスタと、メモリストリングスの他端に電気的に接続されたドレイン側選択トランジスタとを備えている。ソース側選択トランジスタのソース領域にはソース線が接続され、ゲート電極には例えば共通の信号線が接続されている。ドレイン側選択トランジスタのドレイン領域にはデータ線が接続され、ゲート電極にはドレイン側選択信号線(ドレイン側セレクトゲートライン)が接続されている。メモリストリングスのそれぞれのメモリセルは電荷蓄積領域を有するトランジスタにより構成され、このトランジスタのゲート電極にはワード線が接続されている。電荷蓄積領域にはデータとなる電荷を蓄積することができる。
ワード線は、メモリストリングスのメモリセルの配列間隔と同一の配列間隔において、メモリセルの配列方向とは直行する方向に延在している。データ線は、ワード線の延在方向に配列されたメモリセルユニットの配列間隔と同一の配列間隔において、メモリセルの配列方向と同一方向に延在している。ソース側選択信号線は、メモリストリングスの一端のメモリセルに接続されたワード線に隣接し、このワード線と同一方向に延在している。ドレイン側選択信号線は、メモリストリングスの他端のメモリセルに接続されたワード線に隣接し、このワード線と同一方向に延在している。ソース側選択信号線及びドレイン側選択信号線には、ワード線と同一導電層において同一導電性材料、具体的には製造プロセス上の高温度熱処理に耐え得るゲート材が使用されている。
この種のNAND型フラッシュメモリに関しては、例えば下記特許文献1に記載されている。
前述のNAND型フラッシュメモリにおいては、以下の点について配慮がなされていなかった。NAND型フラッシュメモリの大記憶容量化に伴い、メモリセルのセルサイズがシュリンク化される傾向にある。このシュリンク化に合わせてワード線のラインアンドスペースの寸法も小さくなり、ドレイン側選択信号線の配線幅が減少する傾向にある。このため、ドレイン側選択信号線の抵抗値が増大し、特にデータ読み出し動作速度が低下する。
同様に、メモリセルのセルサイズのシュリンク化に伴い、メモリセルユニット幅並びにメモリセルユニット間隔が減少する傾向にあり、データ線の配線幅が減少する傾向にある。このため、データ線の抵抗値が増大し、特にデータ読み出し動作速度が低下する。
本発明は上記課題を解決するためになされたものである。従って、本発明の目的は、動作速度の高速化を実現することができる不揮発性半導体記憶装置を提供することにある。更に、本発明の他の目的は、選択信号線の抵抗値を減少することにより、データ読み出し動作速度の高速化を実現することができる不揮発性半導体記憶装置を提供することにある。更に本発明の他の目的は、データ線の抵抗値を減少することにより、データ読み出し動作速度の高速化を実現することができる不揮発性半導体記憶装置を提供することにある。
上記課題を解決するために、本発明の実施の形態に係る第1の特徴は、不揮発性半導体記憶装置において、データ線と、電荷蓄積領域を持つメモリセルが複数個電気的に直列に接続された第1のメモリストリングスを有し、その一端からデータ線に電気的に直列に接続された第1の選択トランジスタ及び第2の選択トランジスタを有する第1のメモリセルユニットと、第1のメモリストリングスと同一構造を持つ第2のメモリストリングスを有し、その一端からデータ線に電気的に直列に接続された第3の選択トランジスタ及び第4の選択トランジスタを有し、第1のメモリセルユニットに隣接する第2のメモリセルユニットと、第1のメモリストリングスと同一構造を持つ第3のメモリストリングスを有し、その一端からデータ線に電気的に直列に接続された第5の選択トランジスタ及び第6の選択トランジスタを有し、第2のメモリセルユニットに隣接する第3のメモリセルユニットと、第1のメモリセルユニットの第1の選択トランジスタのゲート電極及び第2のメモリセルユニットの第3の選択トランジスタのゲート電極に電気的に接続された第1の選択信号線と、第2のメモリセルユニットの第4の選択トランジスタのゲート電極及び第3のメモリセルユニットの第6の選択トランジスタのゲート電極に電気的に接続された第2の第2の選択信号線とを備える。
本発明の実施の形態に係る第2の特徴は、不揮発性半導体記憶装置において、電荷蓄積領域を持つメモリセルが複数個電気的に直列に接続されるとともに基板表面上にメモリセルが積層された第1のメモリストリングスを有し、第1のメモリストリングス上においてその一端に電気的に直列に接続されたエンハンスメント型の第1の選択トランジスタ及び第1の選択トランジスタ上においてそれに電気的に直列に接続されたディプレッション型の第2の選択トランジスタを有する第1のメモリセルユニットと、第1のメモリストリングスと同一構造を持つ第2のメモリストリングスを有し、第2のメモリストリングス上においてその一端に電気的に直列に接続されたディプレッション型の第3の選択トランジスタ及び第3の選択トランジスタ上においてそれに電気的に直列に接続されたエンハンスメント型の第4の選択トランジスタを有し、第1のメモリセルユニットに隣接して配設された第2のメモリセルユニットと、第1の選択トランジスタ及び第3の選択トランジスタに接続された第1の選択信号線と、第2の選択トランジスタ及び第4の選択トランジスタに接続された第2の選択信号線と、第1のメモリセルユニット上及び第2のメモリセルユニット上に跨って配設され、第1のメモリセルユニットの第2の選択トランジスタ及び第2のメモリセルユニットの第4の選択トランジスタに電気的に接続されたデータ線とを備える。
本発明によれば、動作速度の高速化を実現することができる不揮発性半導体記憶装置を提供することができる。更に、本発明によれば、選択信号線の抵抗値を減少することができ、データ読み出し動作速度の高速化を実現することができる不揮発性半導体記憶装置を提供することができる。更に、本発明によれば、データ線の抵抗値を減少することができ、データ読み出し動作速度の高速化を実現することができる不揮発性半導体記憶装置を提供することができる。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。本実施の形態は、不揮発性半導体記憶装置としてNAND型フラッシュメモリに本発明を適用した例を説明するものである。
(第1の実施の形態)
本発明の第1の実施の形態は、NAND型フラッシュメモリの選択トランジスタ及びそれを選択する選択信号線に本発明を適用した例を説明するものである。
本発明の第1の実施の形態は、NAND型フラッシュメモリの選択トランジスタ及びそれを選択する選択信号線に本発明を適用した例を説明するものである。
[NAND型フラッシュメモリのシステム全体の構成]
図6に示すように、第1の実施の形態に係るNAND型フラッシュメモリ1は、メモリセルアレイ2と、セレクトゲートドライバ7と、セレクトゲートデコーダ8と、ワード線ドライバ3と、ワード線デコーダ4と、センスアンプ5と、カラムデコーダ6とを備えている。
図6に示すように、第1の実施の形態に係るNAND型フラッシュメモリ1は、メモリセルアレイ2と、セレクトゲートドライバ7と、セレクトゲートデコーダ8と、ワード線ドライバ3と、ワード線デコーダ4と、センスアンプ5と、カラムデコーダ6とを備えている。
セレクトゲートドライバ7及びセレクトゲートデコーダ8はメモリセルアレイ2の右辺(第1の辺)に沿って配設されている。セレクトゲートドライバ7は、メモリセルアレイ2において、図6中、左右方向に延在し、上下方向に等間隔に配列される選択信号線70を駆動する(選択又は非選択する)。セレクトゲートデコーダ8はセレクトゲートドライバ7の駆動制御を行う。
ワード線ドライバ3及びワード線デコーダ4はメモリセルアレイ2の右辺に対向する左辺(第2の辺)に沿って配設されている。ワード線ドライバ3はワード線30を駆動する(選択又は非選択する)。ワード線デコーダ4はワード線ドライバ3を駆動制御する。
センスアンプ5及びカラムデコーダ6はメモリセルアレイ2の右辺と左辺との間に挟まれた上辺(第3の辺)及び下辺(第4の辺)に沿って分割配置されている。すなわち、センスアンプ5は2つに分割されたセンスアンプ5A及び5Bにより構成され、カラムデコーダ6は2つに分割されたカラムデコーダ6A及び6Bにより構成されている。センスアンプ5A及びカラムデコーダ6Aはメモリセルアレイ2の上辺に沿って配設され、センスアンプ5B及びカラムデコーダ6Bはメモリセルアレイ2の下辺に沿って配設されている。センスアンプ5A、5Bは、いずれもデータ線50に接続され、メモリセルアレイ2のメモリセルに記憶されたデータをデータ線50を通して読み出し増幅する。カラムデコーダ6はセンスアンプ5を駆動制御する。
[NAND型フラッシュメモリのメモリセルユニットの回路構成]
メモリセルアレイ2には、図5に示すメモリセルユニット20が行列状に配列されている。メモリセルユニット20は、電気的に直列に接続された複数個のメモリセル211、212、213及び214を有するメモリストリングス(メモリセル列)21と、メモリストリングス21の一端のメモリセル211のソースに電気的に直列に接続された選択トランジスタ24と、メモリストリングス21の他端のメモリセル214のドレインに電気的に直列に接続された第1(又は第3又は第5)の選択トランジスタ22と、この第1の選択トランジスタ22のドレインに電気的に直列に接続された第2(又は第4又は第6)の選択トランジスタ23とを備えている。
メモリセルアレイ2には、図5に示すメモリセルユニット20が行列状に配列されている。メモリセルユニット20は、電気的に直列に接続された複数個のメモリセル211、212、213及び214を有するメモリストリングス(メモリセル列)21と、メモリストリングス21の一端のメモリセル211のソースに電気的に直列に接続された選択トランジスタ24と、メモリストリングス21の他端のメモリセル214のドレインに電気的に直列に接続された第1(又は第3又は第5)の選択トランジスタ22と、この第1の選択トランジスタ22のドレインに電気的に直列に接続された第2(又は第4又は第6)の選択トランジスタ23とを備えている。
メモリストリングス21のそれぞれのメモリセル211−214は、いずれも同一構造を有し、少なくとも電荷蓄積領域を有するトランジスタ、更に詳細にはnチャネル導電型絶縁ゲート型電界効果トランジスタ(IGFET)により構成されている。メモリセル211のドレインはメモリセル212のソースに、メモリセル212のドレインはメモリセル213のソースに、メモリセル213のドレインはメモリセル214のソースに、それぞれ電気的に接続されている。メモリセル211の制御電極(ゲート電極)はワード線31に、メモリセル212の制御電極はワード線32に、メモリセル213の制御電極はワード線33に、メモリセル214の制御電極はワード線34に、それぞれ電気的に接続されている。第1の実施の形態において、メモリストリングス21は、4個のメモリセル211−214を電気的に直列に接続しているが、本発明は、この接続数に限定されるものではなく、例えば8個、16個、…等、バイト構成を構築する接続数を備えてもよい。メモリセル211−214の具体的デバイス構造については後述する。
選択トランジスタ24のドレインは前述のようにメモリセル211のソースに電気的に接続され、選択トランジスタ24のソースはソース線51に電気的に接続されている。選択トランジスタ24はnチャネル導電型IGFETにより構成されている。第1の選択トランジスタ22のソースは前述のようにメモリセル214のドレインに電気的に接続され、第1の選択トランジスタ22のドレインは第2の選択トランジスタ23のソースに電気的に接続されている。第2の選択トランジスタ22のドレインはデータ線50に電気的に接続されている。第1の選択トランジスタ22、第2の選択トランジスタ23は、いずれもnチャネル導電型IGFETにより構成され、第1の実施の形態においていずれもエンハンスメント型の閾値電圧に設定されている。
第1の実施の形態においては、例えばメモリセルユニット20(2)、メモリセルユニットに20(3)及びメモリセルユニット20(4)が、1本(同一)のデータ線50に電気的に並列に接続され、更にこの1本のデータ線50の延在方向に隣接して配列されている。メモリセルユニット20(2)の第1の選択トランジスタ22の制御電極(ゲート電極)と、メモリセルユニット20(2)に隣接する次段のメモリセルユニット20(3)の第1の選択トランジスタ(第3の選択トランジスタ)22の制御電極とが電気的に接続され、これらの制御電極は第1の選択信号線71に電気的に接続されている。更に、メモリセルユニット20(3)の第2の選択トランジスタ(第4の選択トランジスタ)23の制御電極と、メモリセルユニット20(3)に隣接する次段のメモリセルユニット20(4)の第2の選択トランジスタ(第6の選択トランジスタ)23の制御電極とが電気的に接続され、これらの制御電極は第2の選択信号線72に電気的に接続されている。つまり、1本のデータ線50に電気的に並列に接続されかつ互いに隣接する3つのメモリセルユニット20(2)、20(3)及び20(4)において、中央のメモリセルユニット20(3)を中心に見ると、第1の選択トランジスタ22の制御電極が配列前段のメモリセルユニット20(2)の第1の選択トランジスタ22の制御電極とともに第1の選択信号線71に接続され、第2の選択トランジスタ23の制御電極が配列後段のメモリセルユニット20(4)の第2の選択トランジスタ23の制御電極とともに第2の選択信号線72に接続されている。
更に、表現を代えれば、1本のデータ線50に接続された隣接するメモリセルユニット20(2)の第1の選択トランジスタ22の制御電極とメモリセルユニット20(3)の第1の選択トランジスタ22の制御電極とが1本の第1の選択信号線71に接続され、同一の1本のデータ線50に接続された隣接するメモリセルユニット20(3)の第2の選択トランジスタ23の制御電極とメモリセルユニット20(4)の第2の選択トランジスタ23の制御電極とが1本の第2の選択信号線72に接続される。そして、メモリセルユニット20の配列ピッチ分ずらして、第1の選択信号線71と第2の選択信号線72とが重複して配列されている。
第1の実施の形態において、このデータ線50と、それに接続される3つのメモリセルユニット20(2)、20(3)及び20(4)と、それらの第1の選択トランジスタ22に接続される第1の選択信号線71及び第2の選択トランジスタ23に接続される第2の選択信号線72とを含む回路要素並びに接続構造は、メモリセルアレイ2内の繰り返し配列パターンの基本構成である。なお、第1の実施の形態においては、メモリセルユニット20のメモリストリングス21とデータ線50との間に2つの電気的に直列に接続された第1の選択トランジスタ22及び第2の選択トランジスタ23を備えた例を説明したが、本発明は、2個の選択トランジスタ22及び23に限定されるものではなく、電気的に直列に接続された3個以上の選択トランジスタを備えてもよい。この場合、第1の選択信号線71及び第2の選択信号線72に加えて、更に少なくとも第3の選択信号線が必要である。
[セレクトゲートドライバ及びセレクトゲートデコーダの回路構成]
図5に示すように、セレクトゲートドライバ7は、第1の選択信号線71に接続された第1のドライバ75と、第2の選択信号線72に接続された第2のドライバ76とを備えている。第1のドライバ75、第2のドライバ76はいずれもpチャネル導電型IGFET及びnチャネル導電型IGFETを有する相補型IGFETにより構成されている。pチャネル導電型IGFETのドレイン及びnチャネル導電型IGFETのドレインは第1の選択信号線71又は第2の選択信号線72に接続されている。pチャネル導電型IGFETのソースは電源端子Vddに接続され、nチャネル導電型IGFETのソースは基準電源Vssに接続されている。pチャネル導電型IGFETの制御電極(ゲート電極)及びnチャネル導電型IGFETの制御電極はセレクトゲートデコーダ8に接続されている。
図5に示すように、セレクトゲートドライバ7は、第1の選択信号線71に接続された第1のドライバ75と、第2の選択信号線72に接続された第2のドライバ76とを備えている。第1のドライバ75、第2のドライバ76はいずれもpチャネル導電型IGFET及びnチャネル導電型IGFETを有する相補型IGFETにより構成されている。pチャネル導電型IGFETのドレイン及びnチャネル導電型IGFETのドレインは第1の選択信号線71又は第2の選択信号線72に接続されている。pチャネル導電型IGFETのソースは電源端子Vddに接続され、nチャネル導電型IGFETのソースは基準電源Vssに接続されている。pチャネル導電型IGFETの制御電極(ゲート電極)及びnチャネル導電型IGFETの制御電極はセレクトゲートデコーダ8に接続されている。
セレクトゲートデコーダ8は、図5に示すように、セレクトゲートドライバ7の第1のドライバ75に接続された第1のデコーダ85と、第2のドライバ76に接続された第2のデコーダ86とを備えている。第1のデコーダ85、第2のデコーダ86のそれぞれは2入力NANDゲート回路により構成されている。隣接する第1のデコーダ85と第2のデコーダ86の一方の入力端子には同一のアドレス信号が入力される結線が施されている。
[メモリセルユニット、メモリセル及び選択トランジスタの概略構造]
次に、第1の実施の形態に係るNAND型フラッシュメモリ1の詳細な構造を、前述の図5を参照しつつ、図1乃至図4及び図18を用いて説明する。ここで、図1は層間絶縁膜等も含めたNAND型フラッシュメモリ1の要部の詳細な構造を示す断面図である。図2及び図3はNAND型フラッシュメモリ1の要部の主要な構成要素のみを示す概略断面図である。図2の断面図は図1に示すメモリセルアレイ2の断面図に対応している。図4は図2及び図3に示すNAND型フラッシュメモリ1の平面図である。図18は、特にメモリストリングス21部分の構造を説明するために用いており、製造プロセス中の工程断面図である。
次に、第1の実施の形態に係るNAND型フラッシュメモリ1の詳細な構造を、前述の図5を参照しつつ、図1乃至図4及び図18を用いて説明する。ここで、図1は層間絶縁膜等も含めたNAND型フラッシュメモリ1の要部の詳細な構造を示す断面図である。図2及び図3はNAND型フラッシュメモリ1の要部の主要な構成要素のみを示す概略断面図である。図2の断面図は図1に示すメモリセルアレイ2の断面図に対応している。図4は図2及び図3に示すNAND型フラッシュメモリ1の平面図である。図18は、特にメモリストリングス21部分の構造を説明するために用いており、製造プロセス中の工程断面図である。
NAND型フラッシュメモリ1は基板100を主体に構成されている。基板100には、例えばp型シリコン単結晶基板、又は表面部分にp型ウエル領域(図示しない。)を有するp型若しくはn型シリコン単結晶基板を実用的に使用することができる。メモリセルアレイ2とそれ以外の周辺回路との間、周辺回路を構築する半導体素子間等には素子間分離領域101が配設されている。周辺回路とは、具体的にはワード線ドライバ3、ワード線デコーダ4、センスアンプ5、カラムデコーダ4、セレクトゲートドライバ7及びセレクトゲートデコーダ8が少なくもと含まれる。素子間分離領域101には、第1の実施の形態において、シャロートレンチアイソレーション(STI)構造が採用されている。すなわち、素子間分離領域101は、基板100の表面から深さ方向に向かって形成されたトレンチ101Aと、このトレンチ101Aに充填された絶縁体101Bとを備えている。この素子間分離領域101は基板100の深さ方向に絶縁分離距離を稼ぎ、基板100の表面において占有面積を減少することができる。
ソース線51はメモリセルアレイ2において基板100の主面部に配設されている。第1の実施の形態において、ソース線51は抵抗値が低く設定された高不純物密度を有するn型半導体領域(n型拡散領域)により構成されている。
メモリセルユニット20の選択トランジスタ24はnチャネル導電型IGFETにより構成されている。すなわち、選択トランジスタ24は、基板100のソース線51上に配設された制御電極(ゲート電極)241と、制御電極241の上面から下面に向かって配設された貫通孔(メモリホール)246の内側壁に配設されたゲート絶縁膜242と、貫通孔246の内側壁(制御電極241の外側壁)にゲート絶縁膜242を介して埋設されたチャネル形成領域243と、チャネル形成領域243の一端とソース線51との間に双方に対して電気的に接続された主電極領域(例えばソース領域)244と、チャネル形成領域243の他端とメモリストリングス21との間に双方に対して電気的に接続された主電極領域(例えばドレイン領域)245とを備えている。チャネル形成領域243の外側壁はすべて制御電極241により取り囲まれ、チャネル形成領域243は円柱形状(若しくは三角柱以上の多角柱形状)において基板100の表面に対して垂直方向に延在する。つまり、選択トランジスタ24のチャネル長方向は基板100の表面に対して垂直方向に設定されている。第1の実施の形態において、主電極領域244、245は、いずれもチャネル形成領域243と同一導電性材料(ゲート電極材料例えばSi)により形成され、一体的に形成されている。
メモリストリングス21のメモリセル211は選択トランジスタ24上に配設されている。すなわち、メモリセル211は、制御電極(コントロールゲート電極)2111と、制御電極2111の上面から下面に向かって配設された貫通孔(メモリホール)2116の内側壁に配設された電荷蓄積領域2112と、貫通孔2116の内側壁(制御電極2111の外側壁)に電荷蓄積領域2112を介して埋設されたチャネル形成領域2113と、ソース2114及びドレイン2115とを備えている。チャネル形成領域2113の外側壁はすべて制御電極2111により取り囲まれ、チャネル形成領域2113は、選択トランジスタ24のチャネル形成領域243と同様に円柱形状(若しくは多角柱形状)において基板100の表面に対して垂直方向に延在する。つまり、メモリセル211のチャネル長方向は基板100の表面に対して垂直方向に設定されている。第1の実施の形態おいて、制御電極2111は、メモリセルアレイ2に配設された最も下層のワード線31と同一導電性材料により構成され、かつ同一導電層により構成されている。つまり、制御電極2111とワード線31とは一体的に構成されている。更に、第1の実施の形態において、メモリセル211の電荷蓄積領域2112にはSANOS構造が採用されている。ここで、SANOS構造とは、例えば、制御電極2111がSi膜、チャネル形成領域2113がSi膜により構成され、制御電極2111とチャネル形成領域2113との間に前者から後者にかけてAl2O3膜、Si3N4膜、SiO2膜を順次積層した複合膜構造である。この電荷蓄積領域2112は、チャネル形成領域2113に接するSiO2膜がトンネル絶縁膜及びゲート絶縁膜として機能し、SiO2膜とSi3N4膜との界面にメモリセル211のデータとなる電荷を蓄積する。ソース2114はデータ線50とソース線51との間に流れる読み出し電流の供給部であり、ドレイン2115は排出部である。ソース2114は選択トランジスタ24の主電極領域245に電気的に接続されている。ソース2114及びドレイン2115においては、ソース領域及びドレイン領域の特に「領域」は第1の実施の形態においては存在しない。
メモリセル212はメモリセル211上に配設されている。メモリセル212は、基本的にはメモリセル211と同一構造において構成されており、制御電極2121と、制御電極2121の上面から下面に向かって配設された貫通孔2126の内側壁に配設された電荷蓄積領域2122と、貫通孔2126の内側壁(制御電極2121の外側壁)に電荷蓄積領域2122を介して埋設されたチャネル形成領域2123と、ソース2124及びドレイン2125とを備えている。チャネル形成領域2123の外側壁はすべて制御電極2121により取り囲まれ、チャネル形成領域2123は、円柱形状(若しくは多角柱形状)において基板100の表面に対して垂直方向に延在する。つまり、メモリセル212のチャネル長方向は基板100の表面に対して垂直方向に設定されている。第1の実施の形態おいて、制御電極2121は、メモリセルアレイ2に配設された最下層から2番目のワード線32と同一導電性材料により構成され、かつ同一導電層により構成されている。制御電極2121とワード線32とは一体的に構成されている。更に、第1の実施の形態において、メモリセル212の電荷蓄積領域2122にはSANOS構造が採用されている。ソース2124はメモリセル211の主電極領域2115に電気的に接続されている。
メモリセル213はメモリセル212上に配設されている。メモリセル213は、基本的にはメモリセル211と同一構造において構成されており、制御電極2131と、制御電極2131の上面から下面に向かって配設された貫通孔2136の内側壁に配設された電荷蓄積領域2132と、貫通孔2136の内側壁(制御電極2131の外側壁)に電荷蓄積領域2132を介して埋設されたチャネル形成領域2133と、ソース2134及びドレイン2135とを備えている。チャネル形成領域2133の外側壁はすべて制御電極2131により取り囲まれ、チャネル形成領域2133は、円柱形状(若しくは多角柱形状)において基板100の表面に対して垂直方向に延在する。つまり、メモリセル213のチャネル長方向は基板100の表面に対して垂直方向に設定されている。第1の実施の形態おいて、制御電極2131は、メモリセルアレイ2に配設された最下層から3番目のワード線33と同一導電性材料により構成され、かつ同一導電層により構成されている。制御電極2131とワード線33とは一体的に構成されている。更に、第1の実施の形態において、メモリセル213の電荷蓄積領域2132にはSANOS構造が採用されている。ソース2134はメモリセル212の主電極領域2135に電気的に接続されている。
メモリセル214はメモリセル213上に配設されている。メモリセル214は、基本的にはメモリセル211と同一構造において構成されており、制御電極2141と、制御電極2141の上面から下面に向かって配設された貫通孔2136の内側壁に配設された電荷蓄積領域2142と、貫通孔2146の内側壁(制御電極2141の外側壁)に電荷蓄積領域2142を介して埋設されたチャネル形成領域2143と、ソース2144及びドレイン2145とを備えている。チャネル形成領域2143の外側壁はすべて制御電極2141により取り囲まれ、チャネル形成領域2143は、円柱形状(若しくは多角柱形状)において基板100の表面に対して垂直方向に延在する。つまり、メモリセル214のチャネル長方向は基板100の表面に対して垂直方向に設定されている。第1の実施の形態おいて、制御電極2141は、メモリセルアレイ2に配設された最下層から3番目のワード線33と同一導電性材料により構成され、かつ同一導電層により構成されている。制御電極2141とワード線34とは一体的に構成されている。更に、第1の実施の形態において、メモリセル214の電荷蓄積領域2142にはSANOS構造が採用されている。ソース2144はメモリセル213の主電極領域2135に電気的に接続されている。
メモリセルユニット20の第1の選択トランジスタ22はnチャネル導電型IGFETにより構成されている。第1の選択トランジスタ22は、メモリセル214上に配設された制御電極(ゲート電極)221と、制御電極221の上面から下面に向かって配設された貫通孔(メモリホール)226の内側壁に配設されたゲート絶縁膜222と、貫通孔226の内側壁(制御電極221の外側壁)にゲート絶縁膜222を介して埋設されたチャネル形成領域223と、チャネル形成領域223の一端とメモリセル214のドレイン2145との間に双方に対して電気的に接続された主電極領域(例えばソース領域)224と、チャネル形成領域223の他端に対して電気的に接続された主電極領域(例えばドレイン領域)225とを備えている。チャネル形成領域223の外側壁はすべて制御電極221により取り囲まれ、チャネル形成領域223は円柱形状(若しくは三角柱以上の多角柱形状)において基板100の表面に対して垂直方向に延在する。つまり、第1の選択トランジスタ22のチャネル長方向は基板100の表面に対して垂直方向に設定されている。隣接する2個の第1の選択トランジスタ22の制御電極221、詳細に表現すればデータ線50の延在方向に隣接する2個のメモリセルユニット20のそれぞれの第1の選択トランジスタ22の制御電極221は、両者間にスペースを介在させずに一体化されている。この制御電極221は、第1の選択信号線71と同一導電性材料により構成され、かつ同一導電層により構成されている。すなわち、データ線50の延在方向に隣接する2本の第1の選択信号線71は、両者間にスペースを介在させずに一体化され、両者のライン部分にスペース部分を加えた広い配線幅により構成されている。例えば、ライン寸法とスペース寸法とが同一の場合、第1の実施の形態においては、2本分のライン寸法に1つのスペース寸法を加えた配線幅を1本の第1の選択信号配線71が備えているので、1本の第1の選択信号線71の抵抗値は約2分の1以下で約3分の1になる。第1の実施の形態において、主電極領域224、225は、いずれもチャネル形成領域223と同一導電性材料(ゲート電極材料例えばSi)により形成され、一体的に形成されている。
第2の選択トランジスタ23はnチャネル導電型IGFETにより構成されている。第2の選択トランジスタ23は、第1の選択トランジスタ22上に配設された制御電極(ゲート電極)231と、制御電極231の上面から下面に向かって配設された貫通孔(メモリホール)236の内側壁に配設されたゲート絶縁膜232と、貫通孔236の内側壁(制御電極231の外側壁)にゲート絶縁膜232を介して埋設されたチャネル形成領域233と、チャネル形成領域233の一端と第1の選択トランジスタ22の主電極領域225との間に双方に対して電気的に接続された主電極領域(例えばソース領域)234と、チャネル形成領域233の他端に対して電気的に接続された主電極領域(例えばドレイン領域)235とを備えている。チャネル形成領域233の外側壁はすべて制御電極231により取り囲まれ、チャネル形成領域233は円柱形状(若しくは三角柱以上の多角柱形状)において基板100の表面に対して垂直方向に延在する。つまり、第2の選択トランジスタ23のチャネル長方向は基板100の表面に対して垂直方向に設定されている。隣接する2個の第2の選択トランジスタ23の制御電極231、詳細に表現すればデータ線50の延在方向に隣接する2個のメモリセルユニット20のそれぞれの第2の選択トランジスタ23の制御電極231は、両者間にスペースを介在させずに一体化されている。この制御電極231は、第2の選択信号線72と同一導電性材料により構成され、かつ同一導電層により構成されている。すなわち、データ線50の延在方向に隣接する2本の第2の選択信号線72は、両者間にスペースを介在させずに一体化され、両者のライン部分にスペース部分を加えた広い配線幅により構成され、第1の選択信号線71の配列ピッチに対して2分の1ピッチずれて配列されている。第1の選択信号線71の抵抗値と同様に、第2の選択信号線72の抵抗値は約3分の1になる。
データ線50は、第2の選択トランジスタ23上に配設され、第2の選択トランジスタ23の主電極領域225に電気的に接続されている。データ線50には、例えばダマシーン法により形成され、例えばバリアメタル膜とその上に積層された低抵抗配線材料具体的にはCu膜又はCu合金膜との積層膜を実用的に使用することができる。
図1の右側に示すように、周辺回路を構築するnチャネル導電型IGFET26は、基板100の主面部に配設され、この基板100の主面部に形成されたチャネル形成領域263と、このチャネル形成領域263上のゲート絶縁膜262と、ゲート絶縁膜262上の制御電極(ゲート電極)261と、制御電極261の両側において基板100の主面部に配設された主電極領域(例えば、ソース領域)264及び主電極領域(例えば、ドレイン領域)265とを備えている。なお、図示しないが、第1の実施の形態に係るNAND型フラッシュメモリ1において、周辺回路は相補型IGFETにより構成されており、nチャネル導電型IGFET26と、同様の構造において反対導電型のpチャネル導電型IGFETが配設されている。
図6に示すように、前述のメモリセルアレイ2に配設されたワード線30はメモリセルユニット20を規則的に一定数配列したメモリブロック毎に分割されている。各々のメモリブロック内においては、メモリブロックの全域を切れ目無く覆う平膜形状のワード線30が配設されている。図1及び図6に示すように、第1の実施の形態において、ワード線30のワード線31−34は、それらの上層配線との間の接続領域を少なくとも確保するために、最下層から最上層に向かって平面サイズを順次小さく設定している。同図6に示すように、ワード線31−34の断面構造は階段形状若しくはピラミッド形状により構成されている。ワード線31−34の接続領域はメモリセルアレイ2の周辺若しくは周辺回路の領域まで引き延ばされている。この接続領域において、ワード線31−34は配線55及び56に電気的に接続されている。配線55及び56は、例えば配線55と同一導電性材料により構成され、かつ同一導電層において構成されている。配線56は図6に示すワード線ドライバ3に電気的に接続されている。
[NAND型フラッシュメモリの製造方法]
次に、前述の第1の実施の形態に係るNAND型フラッシュメモリ1の製造方法を図7乃至図28を用いて説明する。
次に、前述の第1の実施の形態に係るNAND型フラッシュメモリ1の製造方法を図7乃至図28を用いて説明する。
まず最初に、基板100が準備される(図7参照。)。基板100にはp型ウエル領域を有するシリコン単結晶基板を実用的に使用することができる。次に、メモリセルアレイ2と周辺回路との間、周辺回路を構築する半導体素子間等において、基板100の表面部分に素子分離領域101が形成される。素子分離領域101の形成には、まずリアクティブイオンエッチング(RIE)を用いて基板100の主面部にトレンチ101Aが形成される。引き続き、このトレンチ101Aの内部に絶縁体101Bが埋設されることにより、素子分離領域101を形成することができる。
次に、メモリセルアレイ2の形成領域において、ソース線51の一部が形成される(図7参照。)。ソース線51は、基板100の主面部にn型不純物を導入し、このn型不純物を活性化することにより形成される。n型不純物の導入には、例えばイオン注入法、固相拡散法等を実用的に使用することができる。
次に、メモリセルアレイ2の形成領域において、選択トランジスタ24を形成するために、基板100の主面上(ソース線51の表面上)に絶縁膜2401、制御電極241、絶縁膜2402、絶縁膜2403のそれぞれが順次積層され、パターンニングされる(図7参照。)。更に、周辺回路の形成領域において、周辺回路を構築するnチャネル導電型IGFET26を形成するために、ゲート絶縁膜262、制御電極261、絶縁膜2602、絶縁膜2603のそれぞれが順次積層され、パターンニングされる。第1の実施の形態において、絶縁膜2401及びゲート絶縁膜262は、同一製造工程において形成され、例えば40nm−60nm程度の膜厚を有するシリコン酸化膜により形成される。制御電極241及び261は、同一製造工程において形成され、例えば180nm−220nm程度の膜厚を有するシリコン多結晶膜により形成される。絶縁膜2402及び絶縁膜2602は、同一製造工程において形成され、例えば10nm−30nm程度の膜厚を有するテトラエトキシシラン(TEOS)膜により形成される。絶縁膜2403及び絶縁膜2603は、同一製造工程において形成され、例えばキャップ絶縁膜として使用するために80nm−120nm程度の膜厚を有するシリコン窒化膜により形成される。
次に、周辺回路の形成領域において、基板100の主面部であって、nチャネル導電型IGFET26の制御電極261の両側に主電極領域264の一部及び主電極領域265の一部(符号は付けない。)を形成する(図7参照。)。この主電極領域264の一部及び主電極領域265の一部は、チャネル形成領域263側に引き延ばされた低不純物密度領域であり、エクステンション構造若しくはLDD(lightly doped drain)構造を構成する。主電極領域264の一部及び主電極領域265の一部は、例えば絶縁膜2603(実際にはそのパターンニング用マスク(図示しない。))を用いて、n型不純物をイオン注入法により導入することにより形成する。なお、このn型不純物は、メモリセルアレイ2の形成領域において、制御電極241の両側であって、基板100の主面部にも導入される。
次に、周辺回路の形成領域において、nチャネル導電型IGFET26の制御電極261の側壁にサイドウォールスペーサ2605が形成される(図7参照。)。このサイドウォールスペーサ2605を形成する工程と同一製造工程において、メモリセルアレイ2の形成領域において、制御電極241の側壁にサイドウォールスペーサ2405が形成される。サイドウォールスペーサ2405及び2605は、例えばTEOS膜を堆積した後、この堆積した膜厚に相当する分、TEOS膜にリアクティブイオンエッチング(RIE)等の異方性エッチングを行い形成する。引き続き、周辺回路の形成領域において、nチャネル導電型IGFET26の制御電極261の両側にn型不純物を高不純物密度で導入し、主電極領域264及び主電極領域265を完成させる。ここで、主電極領域264及び主電極領域265が形成された結果、nチャネル導電型IGFET26を完成させることができる。n型不純物は、メモリセルアレイ2の形成領域において、制御電極241の両側であって、基板100の主面部にも導入される。
次に、メモリセルアレイ2の形成領域及び周辺回路の形成領域を含む基板100の全面において、絶縁膜2403上及び絶縁膜2603上に絶縁膜110が形成される。引き続き、図7に示すように、この絶縁膜110上に表面が平坦化された絶縁膜111が形成される。絶縁膜110には、例えばバリア膜として機能するシリコン窒化膜を実用的に使用することができる。絶縁膜111には、例えば層間絶縁膜として機能するシリコン酸化膜を実用的に使用することができる。絶縁膜111の表面は、ケミカルメカニカルポリッシング(CMP)により研磨され、平坦化される。この平坦化において、下層の絶縁膜110はストッパとして使用される。
次に、メモリセルアレイ2の形成領域であって、行列状にメモリセルユニット20が配列される部分において、絶縁膜110、2403、2402、制御電極241、絶縁膜2401のそれぞれを貫通し、ソース線51の表面を露出させる貫通孔(メモリホール)246を形成する(図8参照。)。貫通孔246の形成には例えばRIE等の異方性エッチングを実用的に使用することができる。貫通孔246の開口形状は例えば円形状であり、この貫通孔246の内径は例えば20nm−150nmに設定されている。引き続き、貫通孔246を通してソース線51の主面部にn型不純物を導入し、このn型不純部を活性化することにより、図8に示すように、選択トランジスタ24の主電極領域(例えば、ソース領域)244が形成される。主電極領域244はソース線51と同一導電型の半導体領域により形成されているので、主電極領域244とソース線51との間は電気的に接続される。例えば、n型不純物には例えばAs(砒素)が使用され、このPはイオン注入法によりソース線51の主面部に導入される。イオン注入法において、ドーズ量は3×1015atoms/cm2に設定され、注入エネルギは15keV−45keVに設定される。なお、n型不純物の活性化は後の製造工程のアニールにより行ってもよい。
図9に示すように、少なくともメモリセルアレイ2の形成領域において、貫通孔246内に露出する制御電極241の側壁にゲート絶縁膜242が形成される。ゲート絶縁膜242には、例えば低圧化学的気相堆積(LPCVD)法により成膜した、5nm−20nm程度の膜厚を有するシリコン酸化膜を実用的に使用することができる。このシリコン酸化膜は第1の実施の形態において基板100の全面に形成される。
図10に示すように、少なくともメモリセルアレイ2の形成領域において、貫通孔246内の制御電極241の側壁にゲート絶縁膜242を介在して第1の導電性材料243aを形成する。この第1の導電性材料243aは、ゲート絶縁膜242の選択的除去に使用するエッチングマスクを形成するとともに、選択トランジスタ24のチャネル形成領域243を形成する。第1の導電性材料243aには、例えば10nm−20nm程度の膜厚を有する、CVD法により成膜したシリコン非晶質膜を実用的に使用することができる。第1の導電性材料243aはシリコン多結晶膜でもよいが、シリコン非晶質膜においては、結晶粒界が存在しないので、抵抗値を制御する不純物の不必要な拡散を抑制することができる。
貫通孔246の内壁に沿ったゲート絶縁膜242上に第1の導電性材料243aからなるサイドウォールスペーサ(243a)が形成される(図11参照。)。このサイドウォールスペーサは、第1の導電性材料243aに、その堆積した膜厚に相当する分、RIE等の異方性エッチングを行うことにより形成する。サイドウォールスペーサを形成することにより、貫通孔246の底面に形成されたゲート絶縁膜242の表面を露出することができる。また、サイドウォールスペーサは貫通孔246の内壁の段差部分にのみ形成され、それ以外の絶縁膜111上の第1の導電性材料243aはサイドウォールスペーサを形成するとともに除去される。
貫通孔246内の底面において露出されたゲート絶縁膜242が除去され、図11に示すように、貫通孔246内のサイドウォールスペーサにより周囲を規定された領域内において主電極領域244(ソース線51)の表面が露出される。ゲート絶縁膜242の除去には、サイドウォールスペーサ(243a)、絶縁膜2403、絶縁膜111等をエッチングマスクとして用い、RIE等の異方性エッチング若しくは等方性エッチングにより形成することができる。
図12に示すように、貫通孔246内に埋設され、この貫通孔246の底面において主電極領域244に接続される第2の導電性材料243bが形成される。この第2の導電性材料243b及び既に形成された第1の導電性材料(サイドウォールスペーサ)243aにより、選択トランジスタ24のチャネル形成領域243を形成することができる。第2の導電性材料243bには、例えば貫通孔246の内部が完全に埋め込まれる膜厚を有する、CVD法により成膜したシリコン非晶質膜を実用的に使用することができる。この第2の導電性材料243bの表面はその堆積後に例えばCMP法により研磨され、第1の実施の形態において、第2の導電性材料243bの表面の高さは絶縁膜2403の表面の高さに一致させている。
更に、第2の導電性材料243b(及び第1の導電性材料243a)にはn型不純物が導入され、このn型不純物の導入によりチャネル形成領域243及び主電極領域(例えば、ドレイン領域)245が形成される。第1の実施の形態において、チャネル形成領域243の形成には、n型不純物として3×1011atoms/cm2−7×1011atoms/cm2程度のドーズ量に設定されたPを用い、210keV−230keVの注入エネルギ、240keV−260keV程度の注入エネルギ、270keV−290keV程度の注入エネルギの3段階に分けてn型不純物が導入される。つまり、チャネル形成領域243は、基板100の表面に対して垂直方向に均一なn型不純物密度を持って形成される。主電極領域245の形成には、n型不純物として2×1015atoms/cm2−4×1015atoms/cm2程度のドーズ量に設定されたAs(砒素)を用い、30keV−50keVの注入エネルギにおいてn型不純物が導入される。これらのn型不純物は高速熱アニール(RTA: rapid. thermal anneal)を行うことにより活性化される。
メモリセルアレイ2の形成領域及び周辺回路の形成領域を含む基板100の表面上の全域であって、絶縁膜111上に絶縁膜112、113のそれぞれが順次形成される(図13参照。)。絶縁膜112、113はいずれもメモリセルストリングスの貫通孔(メモリホール)を形成する際のエッチングストッパ膜として使用される。絶縁膜112には例えばTEOS膜を実用的に使用することができ、絶縁膜113には例えばシリコン窒化膜を実用的に使用することができる。
図13に示すように、メモリセルアレイ2の形成領域及び周辺回路の形成領域を含む基板100の表面上の全域であって、絶縁膜113上に導電膜310、絶縁膜114、導電膜320、絶縁膜115、導電膜330、絶縁膜116、導電膜340、絶縁膜117のそれぞれを順次積層する。導電膜310、320、330、340はそれぞれワード線31、32、33、34を形成する。これらの導電膜310、320、330、340には、ゲート電極材料具体的には例えば20nm−150nm程度の膜厚を有するシリコン非晶質膜を実用的に使用することができる。シリコン非晶質膜は例えばCVD法により成膜される。絶縁膜114−117のそれぞれは、導電層310と導電層320との間等の層間絶縁膜として使用され、例えば20nm−150nm程度の膜厚を有するシリコン酸化膜を実用的に使用することができる。シリコン酸化膜は例えばCVD法により成膜される。なお、導電膜310、320、330、340は第1の実施の形態において4層であるが、メモリストリングス21のメモリセルの配列数により導電膜の層数は適宜変更される。例えば、メモリストリングス21において8個のメモリセルが配列されている場合には導電膜は8層になり、又16個のメモリセルが配列されている場合には導電膜は16層になる。
図14に示すように、メモリセルアレイ2の形成領域であって、選択トランジスタ24の主電極領域245上つまりメモリセルユニット20の配列位置において、貫通孔(メモリホール)2116、2126、2136及び2146を形成する。貫通孔2116は導電膜310に形成され、貫通孔2126は導電膜320に形成され、貫通孔2136は導電膜330に形成され、貫通孔2146は導電膜340に形成される。これらの貫通孔2116、2126、2136及び2146は、例えばフォトリソグラフィ技術により形成したエッチングマスクを用い、RIE等の異方性エッチングを導電膜340、330、320、310のそれぞれに行うことにより形成される。貫通孔2116等の形成の際には絶縁膜117−114のそれぞれも順次エッチングされる。最も下層に位置する導電膜310に貫通孔2116を形成する際には導電膜310の下地の絶縁膜113及び112がエッチングストッパとして使用される。貫通孔2116を形成した後には、この貫通孔2116をエッチングマスクとして絶縁膜113及び112が順次エッチングにより除去され、選択トランジスタ24の主電極領域245の表面が露出される。第1の実施の形態において、貫通孔2116、2126、2136、2146のそれぞれの開口形状は例えば円形状により形成され、その開口寸法は例えば直径20nm−150nmに設定される。
メモリセルアレイ2の形成領域において、少なくとも貫通孔2116の内壁の導電膜310上、貫通孔2126の内壁の導電膜320上、貫通孔2136の内壁の導電膜330上、貫通孔2146の内壁の導電膜340上を含む、絶縁膜117上の全面に電荷蓄積膜118を形成する(図15参照。)。電荷蓄積膜118は、メモリセル211において電荷蓄積領域2112、メモリセル212において電荷蓄積領域2122、メモリセル213において電荷蓄積領域2132、メモリセル214において電荷蓄積領域2142として使用される。更に、電荷蓄積膜118は、これらメモリセル212−214において、トンネル絶縁膜並びにゲート絶縁膜として機能する。第1の実施の形態において、メモリセル211−214にはSANOS構造が採用されており、電荷蓄積膜118は、例えば8nm−12nm程度の膜厚を有するアルミナ(Al2O3)膜、8nm−12nm程度の膜厚を有するシリコン窒化膜、3nm−5nm程度の膜厚を有するシリコン酸化膜のそれぞれを順次積層した複合膜により形成される。このような複合膜においては、シリコン窒化膜とシリコン酸化膜との界面若しくはその近傍が電荷蓄積領域として機能し、シリコン酸化膜がトンネル絶縁膜並びにゲート絶縁膜として機能する。
図15に示すように、電荷蓄積膜118上に導電膜119が形成される。この導電膜119は、メモリセル211のチャネル形成領域2113の一部、メモリセル212のチャネル形成領域2123の一部、メモリセル213のチャネル形成領域2133の一部、メモリセル214のチャネル形成領域2143の一部として使用される。更に、導電膜119は、メモリセル211と選択トランジスタ24との間を電気的に接続する貫通孔を形成するエッチングマスクとして機能する。導電膜119には、ゲート電極材料、例えば8nm−15nm程度の膜厚を有するシリコン非晶質膜を実用的に使用することができる。
導電膜119に、その堆積した膜厚に相当する分、RIE等の異方性エッチングを行い、メモリセルアレイ2の形成領域において貫通孔2116、2126、2136、2146の内壁(側壁)にサイドウォールスペーサとして導電膜119を残存させる。貫通孔2146の周囲の平坦領域並びに貫通孔2116内の選択トランジスタ24の主電極領域245上の導電膜119はサイドウォールスペーサを形成する際に除去される。引き続き、図16に示すように、導電膜119(サイドウォールスペーサ)をエッチングマスクとして用い、導電膜119の周囲に露出する絶縁膜118を除去する。絶縁膜118の除去には例えばRIE等の異方性エッチングを実用的に使用することができる。特に貫通孔2116内において選択トランジスタ24の主電極領域245上の絶縁膜118が除去され、メモリストリングス21のメモリセル211と選択トランジスタ24との間を電気的に接続する貫通孔(特に符号は付けない。)を形成することができる。この後、サイドウォールスペーサとして使用した導電膜119に不純物を導入する。この不純物は、チャネル形成領域の一部として使用する目的において、導電膜119の抵抗値を低減する。不純物には例えばPが使用される。このPは、1×1011atoms/cm2−3×1011atoms/cm2程度のドーズ量と、4keV−6keVの注入エネルギとにおいて、基板100の表面に対して垂直以外の適切な角度を付け、例えば4方向から導電膜119に導入される。
図17に示すように、メモリセルアレイ2の形成領域において、貫通孔2116、2126、2136及び2146の内部を埋設する導電膜120が形成される。導電膜120は、メモリセルアレイ2の形成領域において少なくとも貫通孔2116、2126、2136及び2146が完全に埋設されるまで、絶縁膜117上の全面に形成される。この導電膜120には例えばゲート電極材料、具体的にはCVD法により成膜されたシリコン非晶質膜を実用的に使用することができる。導電膜120はその堆積後に絶縁膜117の表面が露出するまで平坦化される。この平坦化にはCMP法又はエッチング法が使用される。平坦化の後、導電膜120には抵抗値を低減する不純物又はメモリセル214の主電極領域(例えばドレイン領域)を形成するn型不純物が導入される。このn型不純物には例えばAsが使用される。このAsは、3×1015atoms/cm2−7×1015atoms/cm2程度のドーズ量と、35keV−45keVの注入エネルギとにおいて、導電膜120に導入される。これらのn型不純物は、例えば950℃−970℃程度の温度において8秒−12秒程度の時間のRTAを行うことにより活性化される。導電膜120は、メモリセル211においてチャネル形成領域2113として使用され、メモリセル212においてチャネル形成領域2123として使用され、メモリセル213においてチャネル形成領域2133として使用され、メモリセル214においてチャネル形成領域2143として使用される。ここでの工程が終了すると、メモリセル211、212、213及び214が完成し、これらメモリセル211等を有するメモリストリングス21が完成する。
図18に示すように、メモリセルアレイ2の形成領域、又は更に周辺回路の形成領域の一部において、ワード線30が形成される。以下の手順により、ワード線30を形成することができる。まず最初に、絶縁膜117上にフォトリソグラフィ技術によりマスク121aが形成され、このマスク121aをエッチングマスクとして用い、絶縁膜117、最上層の導電膜340、絶縁膜116、導電膜330、絶縁膜115、導電膜320、絶縁膜114、最下層の導電膜310のそれぞれが順次パターンニングされる。ここで、最下層の導電膜310からワード線31を形成することができる。パターンニングは例えばRIE等の異方性エッチングにより行われる。また、マスク121aには複数回のパターンニングにも耐える例えば3μm−4μm程度の膜厚を有するフォトレジスト膜が使用される。同図18において、マスク121a(マスク121b、121c及び121d)は破線により示している。引き続き、マスク121aにスリミング処理が行われる。スリミング処理とは、マスク121aに積極的にサイドエッチングを行い、マスク121aの外形サイズを縮小した新たなマスク121bを形成する処理である。サイドエッチング量は、例えば少なくともワード線31の周縁部とこのワード線31上に配設される配線との間の接続領域を確保することができる寸法に相当する。
引き続き、マスク121bをエッチングマスクとして用い、絶縁膜117、最上層の導電膜340、絶縁膜116、導電膜330、絶縁膜115、導電膜320のそれぞれが順次パターンニングされる。ここで、導電膜320からワード線32を形成することができる。パターンニングは同様に異方性エッチングにより行われる。次に、マスク121bにスリミング処理が行われ、マスク121bからマスク121cが形成される。引き続き、マスク121cをエッチングマスクとして用い、絶縁膜117、最上層の導電膜340、絶縁膜116、導電膜330のそれぞれが順次パターンニングされる。ここで、導電膜330からワード線33を形成することができる。パターンニングは同様に異方性エッチングにより行われる。次に、マスク121cにスリミング処理が行われ、マスク121cからマスク121dが形成される。引き続き、マスク121dをエッチングマスクとして用い、絶縁膜117、最上層の導電膜340のそれぞれが順次パターンニングされる。ここで、導電膜340からワード線34を形成することができる。パターンニングは同様に異方性エッチングにより行われる。これらの一連の工程が完了すると、最下層のワード線31から最上層のワード線34に向かって徐々に外形寸法が小さくなる、階段形状若しくはピラミッド形状を有するワード線30を形成することができる。なお、ワード線31はメモリセル211の制御電極2111と同一導電層において一体に形成されているので、ワード線31が完成するとメモリセル211の制御電極2111が完成する。同様に、ワード線32が完成するとメモリセル212の制御電極2121が完成し、ワード線33が完成するとメモリセル213の制御電極2131が完成し、ワード線34が完成するとメモリセル214の制御電極2141が完成する。更に、第1の実施の形態において、選択トランジスタ24の制御電極241、それに接続された選択信号線、メモリセル211の制御電極2111、それに接続されたワード線31、メモリセル212の制御電極2121、それに接続されたワード線32、メモリセル213の制御電極2131、それに接続されたワード線33、メモリセル214の制御電極2141、それに接続されたワード線34はいずれもシリコン非晶質膜により形成されているが、これらのシリコン非晶質膜は成膜後の熱処理においてシリコン多結晶膜に変換される。
図19に示すように、メモリセルアレイ2の形成領域及び周辺回路の形成領域において、ワード線31の側面上、絶縁膜114上、ワード線32の側面上、絶縁膜115上、ワード線33の側面上、絶縁膜116上、ワード線34の側面上、絶縁膜117上を含む、基板100上の全面に絶縁膜122が形成される。絶縁膜122はワード線30とその上層配線との間の電気的な接続を行う接続孔を形成する際のエッチングストッパとして機能する。この絶縁膜122には例えばシリコン窒化膜を実用的に使用することができる。
図20に示すように、メモリセルアレイ2の形成領域に形成されたワード線30の段差形状を緩和する目的において、特に周辺回路の形成領域に絶縁膜123を形成する。絶縁膜123は周辺回路の形成領域の凹形状部分が完全に埋設される膜厚において基板100の全面上に成膜され、この後、周辺回路の形成領域に埋設された絶縁膜123の表面の高さがワード線30上の絶縁膜122の表面の高さに一致するように、絶縁膜123の表面が平坦化される。平坦化には例えばCMP法が使用される。
次に、第1の選択トランジスタ22、第1の選択信号線71、第2の選択トランジスタ23、第2の選択信号線72のそれぞれを形成する。まず最初に、第1の選択トランジスタ22及び第1の選択信号線71を形成する目的において、図21に示すように、少なくともメモリセルアレイ2の形成領域において、絶縁膜122上及び絶縁膜123上を含む基板100の全面上に絶縁膜124、導電膜220、絶縁膜125、絶縁膜126のそれぞれを順次積層する。絶縁膜124には例えばCVD法により成膜された40nm−60nm程度の膜厚を有するシリコン酸化膜が使用される。導電膜220は、第1の選択トランジスタ22の制御電極221及び第1の選択信号線71を形成する目的において、例えばゲート電極材料具体的にはCVD法により成膜された100nm−300nm程度の膜厚を有するシリコン多結晶膜を使用する。絶縁膜125には例えばCVD法により成膜された10nm−30nm程度の膜厚を有するTEOS膜が使用される。絶縁膜126には例えばCVD法又はスパッタリング法により成膜された50nm−150nm程度の膜厚を有するシリコン窒化膜が使用される。
図22に示すように、最上層の絶縁膜126をパターンニングし、第1の選択トランジスタ22の形成領域及び第1の選択信号線71の形成領域に絶縁膜126を残存させ、それ以外の領域の絶縁膜126は除去される。パターンニングは、フォトリソグラフィ技術により絶縁膜126上に形成された図示しないマスクを用い、RIE等の異方性エッチングにより行われる。ここで、絶縁膜126は、データ線50(図1参照。)の延在方向に隣接する2個のメモリセルユニット20に跨って残存され、第1の選択トランジスタ22及び第1の選択信号線71を形成するマスクとして機能する。
図23に示すように、絶縁膜126の側壁にサイドウォールスペーサ127が形成される。サイドウォールスペーサ127は、絶縁膜を堆積した後、その堆積した膜厚に相当する分、絶縁膜にRIE等の異方性エッチングを行い、絶縁膜126の側壁にのみ絶縁膜を残存させることにより形成される。サイドウォールスペーサ127には、例えばCVD法又はスパッタリング法により成膜された20nm−40nm程度の膜厚を有するシリコン窒化膜を実用的に使用することができる。サイドウォールスペーサ127は、フォトリソグラフィ技術により得られる最小加工寸法に比べて更に小さい加工寸法において第1の選択信号線71間の離間寸法を縮小することができ、絶縁膜126の幅寸法すなわち第1の選択信号線71の配線幅寸法を拡張することができる。
図24に示すように、絶縁膜126及びサイドウォールスペーサ127をエッチングマスクとして用い、それらの下層の絶縁膜125、導電膜220、絶縁膜124のそれぞれを順次パターンニングする。このパターンニングにより、導電膜220から第1の選択信号線71を形成することができる。パターンニングには例えばRIE等の異方性エッチングを使用することができる。引き続き、第1の選択信号線71の周囲に絶縁膜128が埋設される(図25参照。)。絶縁膜128は、第1の選択信号線71の周囲が完全に埋設される程度の膜厚を有する絶縁膜を堆積し、この絶縁膜に第1の選択信号線71上の絶縁膜126の表面が露出するまで平坦化することにより形成される。この平坦化には例えばCMP法が使用される。
次に、第2の選択トランジスタ23及び第2の選択信号線72を形成する目的において、前述の図21に示す工程と同様に、少なくともメモリセルアレイ2の形成領域において、絶縁膜126上及び絶縁膜128上を含む基板100の全面上に絶縁膜130、導電膜230、絶縁膜131、絶縁膜132のそれぞれを順次積層する(図25参照。)。絶縁膜130には例えばCVD法により成膜された40nm−60nm程度の膜厚を有するシリコン酸化膜が使用される。導電膜230は、第2の選択トランジスタ23の制御電極231及び第2の選択信号線72を形成する目的において、例えばゲート電極材料具体的にはCVD法により成膜された100nm−300nm程度の膜厚を有するシリコン多結晶膜を使用する。絶縁膜131には例えばCVD法により成膜された10nm−30nm程度の膜厚を有するTEOS膜が使用される。絶縁膜132には例えばCVD法又はスパッタリング法により成膜された50nm−150nm程度の膜厚を有するシリコン窒化膜が使用される。
前述の図22に示す工程と同様に、最上層の絶縁膜132をパターンニングし、第2の選択トランジスタ23の形成領域及び第1の選択信号線72の形成領域に絶縁膜132を残存させ、それ以外の領域の絶縁膜132は除去される(図25参照。)。パターンニングには、フォトリソグラフィ技術及びエッチング技術が使用される。ここで、絶縁膜132は、データ線50(図1参照。)の延在方向に隣接する2個のメモリセルユニット20に跨って残存されるとともに、前述の絶縁膜126(第1の選択トランジスタ22及び第1の選択信号線71を形成するマスク)に対して2分の1のピッチずれを持ち、第2の選択トランジスタ23及び第2の選択信号線72を形成するマスクとして機能する。
前述の図23に示す工程と同様に、絶縁膜132の側壁にサイドウォールスペーサ133を形成する(図25参照。)。サイドウォールスペーサ133は、絶縁膜を堆積した後、その堆積した膜厚に相当する分、絶縁膜にRIE等の異方性エッチングを行い、絶縁膜132の側壁にのみ絶縁膜を残存させることにより形成される。サイドウォールスペーサ133には、例えばCVD法又はスパッタリング法により成膜された20nm−40nm程度の膜厚を有するシリコン窒化膜を実用的に使用することができる。サイドウォールスペーサ133は、フォトリソグラフィ技術により得られる最小加工寸法に比べて更に小さい加工寸法において第2の選択信号線72間の離間寸法を縮小することができ、絶縁膜132の幅寸法すなわち第2の選択信号線72の配線幅寸法を拡張することができる。
前述の図24に示す工程と同様に、絶縁膜132及びサイドウォールスペーサ133をエッチングマスクとして用い、それらの下層の絶縁膜131、導電膜230、絶縁膜130のそれぞれを順次パターンニングする(図25参照。)。このパターンニングにより、導電膜230から第2の選択信号線72を形成することができる。パターンニングには例えばRIE等の異方性エッチングを使用することができる。引き続き、図25に示すように、第2の選択信号線72の周囲に絶縁膜134が埋設される。絶縁膜134は、第2の選択信号線72の周囲が完全に埋設される程度の膜厚を有する絶縁膜を堆積し、この絶縁膜に第2の選択信号線72上の絶縁膜132の表面が露出するまで平坦化することにより形成される。この平坦化には例えばCMP法が使用される。
メモリセルアレイ2の形成領域において、第2の選択信号線72を貫通する貫通孔(メモリホール)236及びその貫通孔236に連通し第1の選択信号線71を貫通する貫通孔(メモリホール)226を形成する(図26参照。)。貫通孔236及び貫通孔226は、前述の図8に示す選択トランジスタ24の貫通孔246を形成する工程と同様な方法により、例えばフォトリソグラフィ技術により形成したマスクを用いてRIE等の異方性エッチングを行うことにより形成する。貫通孔236及び226の開口形状は例えば円形状であり、この貫通孔236及び226の内径は例えば20nm−150nmに設定されている。引き続き、貫通孔236内に露出する第2の選択信号線72(第2の選択トランジスタ23の制御電極231)の側面上にゲート絶縁膜232を形成するとともに、貫通孔226内に露出する第1の選択信号線71(第1の選択トランジスタ22の制御電極221)の側面上にゲート絶縁膜222を形成する(図26参照。)。ゲート絶縁膜232及び222には、例えばLPCVD法により成膜した、5nm−20nm程度の膜厚を有するシリコン酸化膜を実用的に使用することができる。このシリコン酸化膜は第1の実施の形態において基板100の全面に形成される。
前述の図10に示す工程から図12に示す工程と同様に、メモリセルアレイ2の形成領域において、貫通孔236内の制御電極231の側壁にゲート絶縁膜232を介在してサイドウォールスペーサ233aを形成するとともに、貫通孔226内の制御電極221の側壁にゲート絶縁膜222を介在してサイドウォールスペーサ223aを形成する(図26参照。)。このサイドウォールスペーサ233a及び223aは、同一導電層により形成され、貫通孔226の底部のゲート絶縁膜222の選択的除去に使用するエッチングマスクを形成するとともに、第1の選択トランジスタ22のチャネル形成領域223及び第2の選択トランジスタ23のチャネル形成領域233を形成する。サイドウォールスペーサ233a及び223aには、例えば10nm−20nm程度の膜厚を有する、CVD法により成膜したシリコン非晶質膜を実用的に使用することができる。引き続き、サイドウォールスペーサ233a及び223aをエッチングマスクとして用い、貫通孔226内の底面において露出されたゲート絶縁膜222が除去され(図26参照。)、貫通孔226内においてメモリセル214のドレイン2145の表面が露出される。
引き続き、貫通孔226内に埋設され、この貫通孔226の底面においてメモリセル214のドレイン2145に接続される第2の導電性材料223bが形成されるとともに、貫通孔236内に埋設され、第2の導電性材料223bに連接された第2の導電性材料233bが形成される。第2の導電性材料223b及び233bは同一導電層により形成される。この第2の導電性材料223b及び既に形成されたサイドウォールスペーサ(第1の導電性材料)223aにより、第1の選択トランジスタ22のチャネル形成領域223を形成することができる。更に、第2の導電性材料233b及び既に形成されたサイドウォールスペーサ(第1の導電性材料)233aにより、第2の選択トランジスタ23のチャネル形成領域233を形成することができる。第2の導電性材料223b及び233bには、例えば貫通孔226及び236の内部が完全に埋め込まれる膜厚を有する、CVD法により成膜したシリコン非晶質膜を実用的に使用することができる。特に、第2の導電性材料233bの表面はその堆積後に例えばCMP法により研磨され、第1の実施の形態において、第2の導電性材料233bの表面の高さは絶縁膜132の表面の高さに一致させている。
更に、第2の導電性材料223b(及びサイドウォールスペーサ223a)及び第2の導電性材料233b(及びサイドウォールスペーサ233b)にはn型不純物が導入される。このn型不純物の導入により、第1の選択信号線71が形成された領域において、チャネル形成領域223、主電極領域224(例えば、ソース領域)及び主電極領域225(例えば、ドレイン領域)が形成される。更に、n型不純物の導入により、第2の選択信号線72が形成された領域において、チャネル形成領域233、主電極領域234(例えば、ソース領域)及び主電極領域235(例えば、ドレイン領域)が形成される。第1の実施の形態において、n型不純物にはP及びAsの双方が使用される。Pは、3×1011atoms/cm2−7×1011atoms/cm2程度のドーズ量に設定され、210keV−230keVの注入エネルギ、240keV−260keV程度の注入エネルギ、270keV−290keV程度の注入エネルギの3段階に分けて導入される。つまり、チャネル形成領域223及び233は、基板100の表面に対して垂直方向に均一なn型不純物密度を持って形成される。Asは、4×1015atoms/cm2−6×1015atoms/cm2程度のドーズ量に設定され、30keV−50keVの注入エネルギにおいて導入される。Asの導入は主に第2の選択トランジスタ23の主電極領域235を形成する。これらのn型不純物はRTAを行うことにより活性化される。RTAは、950℃−970℃の温度において、8秒−12秒行う。これら一連の製造工程が完了することにより、図26に示すように、第1の選択トランジスタ22及び第2の選択トランジスタ23を完成させることができる。
メモリセルアレイ2の形成領域及び周辺回路の形成領域を含む、基板100の全面上に層間絶縁膜140を形成する(図27参照。)。層間絶縁膜140には例えばシリコン酸化膜を実用的に使用することができる。引き続き、図27に示すように、メモリセルアレイ2の形成領域において層間絶縁膜140にデータ線51を埋設する溝142を形成するとともに、周辺回路の形成領域において層間絶縁膜140にワード線30とワード線ドライバ3(図6参照。)とを接続する配線を埋設する溝141を形成する。溝141及び142は、例えばフォトリソグラフィ技術により形成したマスクを用い、RIE等の異方性エッチングにより形成される。
図28に示すように、周辺回路の形成領域(又はメモリセルアレイ2の形成領域)において、層間絶縁膜140の溝141内において、ワード線30の表面に達する接続孔(コンタクトホール)143を形成する。具体的には、絶縁膜134、128、123、122及び114を貫通しワード線31の表面に達する接続孔143と、絶縁膜134、128、123、122及び115を貫通しワード線32の表面に達する接続孔143と、絶縁膜134、128、123、122及び116を貫通しワード線33の表面に達する接続孔143と、絶縁膜134、128、123、122及び117を貫通しワード線34の表面に達する接続孔143(図示していない。)が形成される。また、図示しないが、これら接続孔143を形成する工程と同一製造工程において、周辺回路を構成するnチャネル導電型IGFET26に接続する接続孔が形成される。
前述の図1に示すように、メモリセルアレイ2の形成領域において層間絶縁膜140に形成された溝142にデータ線50を埋設するとともに、周辺回路の形成領域において層間絶縁膜140に形成された溝141に接続孔143を通してワード線30に接続する配線56を埋設する。データ線50及び配線56は同一導電層において同一導電性材料により形成される。すなわち、データ線50、配線56は、いずれも溝142、溝141に各々埋設するダマシーン法により形成されている。データ線50、配線56には、例えばバリアメタル膜及びその上に積層した銅膜若しくは銅合金膜の複合膜を実用的に使用することができる。なお、図1に示す第1の実施の形態に係るNAND型フラッシュメモリ1はデータ線50及び配線56を有する1層配線構造を示しているが、本発明は、この層数に限定されるものではなく、2層以上の配線構造を備えてもよい。
[メモリセルユニットの選択動作]
次に、前述の図5に示すNAND型フラッシュメモリ1において、メモリセルアレイ2のメモリセルユニット20の選択動作を簡単に説明する。ここでは、メモリセルユニット20(3)を選択する場合を説明する。
次に、前述の図5に示すNAND型フラッシュメモリ1において、メモリセルアレイ2のメモリセルユニット20の選択動作を簡単に説明する。ここでは、メモリセルユニット20(3)を選択する場合を説明する。
まず最初に、メモリセルユニット20(2)及び20(3)を選択するセレクトゲートデコーダ8の第1のデコーダ85にアドレス信号が入力される。同時に、メモリセルユニット20(3)及び20(4)を選択する第2のデコーダ86に同一アドレス信号が入力される。このアドレス信号の入力に基づき、第1のデコーダ85はセレクトゲートドライバ7の第1のドライバ75を駆動し、第1のドライバ75は第1の選択信号線71を選択する。同時に、第2のデコーダ86は第2のドライバ76を駆動し、第2のドライバ76は第2の選択信号線72を選択する。第1の選択信号線71が選択されると、メモリセルユニット20(3)の第1の選択トランジスタ(第3の選択トランジスタ)22が選択され導通状態になる。更に、第2の選択信号線72が選択されると、メモリセルユニット20(3)の第2の選択トランジスタ(第4の選択トランジスタ)23が選択され導通状態になる。すなわち、メモリセルユニット20(3)においては、第1の選択トランジスタ22及び第2の選択トランジスタ23が選択され、メモリストリングス21とデータ線50との間が電気的に接続される。つまり、メモリセルユニット20(3)が選択状態になる。選択状態にあるメモリセルユニット20(3)においては、データ線50から情報となる電流を流すことができるので、メモリストリングス21中のメモリセル211−214のいずれか、例えばメモリセル211が選択されていれば、そのメモリセル211のデータを読み出すことができる。
一方、メモリセルユニット20(3)の第1の選択トランジスタ(第3の選択トランジスタ)22とそれに隣接するメモリセルユニット20(2)の第1の選択トランジスタ(第1の選択トランジスタ)22とは同一の第1の選択信号線71に接続され、メモリセルユニット20(2)の第1の選択トランジスタ22は選択され導通状態になる。ここで、メモリセルユニット20(2)の第2の選択トランジスタ(第2の選択トランジスタ)23は非選択であり非導通状態であるので、メモリセルユニット20(2)は結果として非選択状態になる。更に、メモリセルユニット20(3)の第2の選択トランジスタ(第4の選択トランジスタ)23とそれに隣接するメモリセルユニット20(4)の第2の選択トランジスタ(第6の選択トランジスタ)23とは同一の第2の選択信号線72に接続され、メモリセルユニット20(4)の第2の選択トランジスタ23は選択され導通状態になる。ここで、メモリセルユニット20(4)の第1の選択トランジスタ(第5の選択トランジスタ)22は非選択であり非導通状態であるので、メモリセルユニット20(4)は結果として非選択状態になる。
以上説明したように、第1の実施の形態に係るNAND型フラッシュメモリ1においては、データ線50が延在する方向に配列された複数個のメモリセルユニット20に跨った配線幅を有する第1の選択信号線71及び第2の選択信号線72を配設し、跨ったメモリセルユニット20の個数に対応した第1の選択トランジスタ22及び第2の選択トランジスタ23をメモリセルユニット20内に直列に組み込むことにより、第1の選択信号線71及び第2の選択信号線72の配線幅を増加することができる。この配線幅の増加に伴い、第1の選択信号線71及び第2の選択信号線72の電気抵抗値を減少することができるので、特にデータ読み出し動作速度の高速化を実現することができる。なお、第1の実施の形態に係るNAND型フラッシュメモリ1においては、データ線50が延在する方向に隣接する2個のメモリセルユニット20に跨って第1の選択信号線71及び第2の選択信号線72を配設したが、本発明は、これに限定されるものではなく、3個以上のメモリセルユニット20に跨って選択信号線を配設してもよい。この場合、選択信号線は3層以上になる。
(第2の実施の形態)
本発明の第2の実施の形態は、NAND型フラッシュメモリ1のデータ線50に本発明を適用した例を説明するものである。なお、第2の実施の形態並びに後述する第3の実施の形態に係るNAND型フラッシュメモリ1において、前述の第1の実施の形態に係るNAND型フラッシュメモリ1の構成要素と同一構成要素は同一符号を付け、その説明は重複するので省略する。
本発明の第2の実施の形態は、NAND型フラッシュメモリ1のデータ線50に本発明を適用した例を説明するものである。なお、第2の実施の形態並びに後述する第3の実施の形態に係るNAND型フラッシュメモリ1において、前述の第1の実施の形態に係るNAND型フラッシュメモリ1の構成要素と同一構成要素は同一符号を付け、その説明は重複するので省略する。
[NAND型フラッシュメモリのシステム全体の構成]
図29に示すように、第2の実施の形態に係るNAND型フラッシュメモリ1は、メモリセルアレイ2と、セレクトゲートドライバ7と、セレクトゲートデコーダ8と、ワード線ドライバ3と、ワード線デコーダ4と、センスアンプ5と、カラムデコーダ6とを備えている。
図29に示すように、第2の実施の形態に係るNAND型フラッシュメモリ1は、メモリセルアレイ2と、セレクトゲートドライバ7と、セレクトゲートデコーダ8と、ワード線ドライバ3と、ワード線デコーダ4と、センスアンプ5と、カラムデコーダ6とを備えている。
セレクトゲートドライバ7は第1のセレクトゲートドライバ7A及び第2のセレクトゲートドライバ7Bに2分割されている。第1のセレクトゲートドライバ7Aはメモリセルアレイ2の右辺(第1の辺)に沿って配設され、第2のセレクトゲートドライバ7Bはメモリセルアレイ2の右辺に対向する左辺(第2の辺)に沿って配設されている。セレクトゲートデコーダ8は第1のセレクトゲートデコーダ8A及び第2のセレクトゲートデコーダ8Bに2分割されている。第1のセレクトゲートデコーダ8Aはメモリセルアレイ2の右辺に第1のセレクトゲートドライバ7Aを介在させて配設されている。第2のセレクトゲートデコーダ8Bはメモリセルアレイ2の左辺に第2のセレクトゲートドライバ7Bを介在させて配設されている。第1のセレクトゲートドライバ7Aは、メモリセルアレイ2において、図29中、左右方向に延在し、上下方向に等間隔に配列される第2の選択信号線(上層の選択信号線)72を駆動する(選択又は非選択する。)。第2のセレクトゲートドライバ7Bは、メモリセルアレイ2において、左右方向に延在し、上下方向に等間隔に配列される第1の選択信号線(下層の選択信号線)72を駆動する(選択又は非選択する。)。第1のセレクトゲートデコーダ8Aは第1のセレクトゲートドライバ7Aの駆動制御を行い、第2のセレクトゲートデコーダ8Bは第2のセレクトゲートドライバ7Bの駆動制御を行う。第2の実施の形態においては、第1の選択信号線71とその上層に重複させて第2の選択信号線72とを配設し、第1の選択信号線71を駆動する第2のセレクトゲートドライバ7Bがメモリセルアレイ2の左辺に配列され、第2の選択信号線72を駆動する第1のセレクトゲートドライバ7Aがメモリセルアレイ2の右辺に配列されている。
ワード線ドライバ3及びワード線デコーダ4はメモリセルアレイ2の右辺と左辺との間に挟まれた上辺(第3の辺)に沿って配設されている。ワード線ドライバ3はワード線30を駆動する(選択又は非選択する)。ワード線デコーダ4はワード線ドライバ3を駆動制御する。
センスアンプ5及びカラムデコーダ6はメモリセルアレイ2の右辺と左辺との間に挟まれた下辺(第4の辺)に沿って分割配置されている。センスアンプ5は、データ線50に接続され、メモリセルアレイ2のメモリセルに記憶されたデータをデータ線50を通して読み出し増幅する。カラムデコーダ6はセンスアンプ5を駆動制御する。
[NAND型フラッシュメモリのメモリセルユニットの回路構成]
メモリセルアレイ2には、図30に示すメモリセルユニット20が行列状に配列されている。メモリセルユニット20は、前述の第1の実施の形態に係るメモリセルユニット20と同様に、電気的に直列に接続された複数個のメモリセル211、212、213及び214を有するメモリストリングス(メモリセル列)21と、メモリストリングス21の一端のメモリセル211のソースに電気的に直列に接続された選択トランジスタ24と、メモリストリングス21の他端のメモリセル214のドレインに電気的に直列に接続された第1(又は第3)の選択トランジスタ22と、この第1の選択トランジスタ22のドレインに電気的に直列に接続された第2(又は第4)の選択トランジスタ23とを備えている。
メモリセルアレイ2には、図30に示すメモリセルユニット20が行列状に配列されている。メモリセルユニット20は、前述の第1の実施の形態に係るメモリセルユニット20と同様に、電気的に直列に接続された複数個のメモリセル211、212、213及び214を有するメモリストリングス(メモリセル列)21と、メモリストリングス21の一端のメモリセル211のソースに電気的に直列に接続された選択トランジスタ24と、メモリストリングス21の他端のメモリセル214のドレインに電気的に直列に接続された第1(又は第3)の選択トランジスタ22と、この第1の選択トランジスタ22のドレインに電気的に直列に接続された第2(又は第4)の選択トランジスタ23とを備えている。
メモリストリングス21のそれぞれのメモリセル211−214は、いずれも同一構造を有し、少なくとも電荷蓄積領域を有するトランジスタ、更に詳細にはnチャネル導電型絶縁ゲート型IGFETにより構成されている。メモリセル211のドレインはメモリセル212のソースに、メモリセル212のドレインはメモリセル213のソースに、メモリセル213のドレインはメモリセル214のソースに、それぞれ電気的に接続されている。メモリセル211の制御電極はワード線31に、メモリセル212の制御電極はワード線32に、メモリセル213の制御電極はワード線33に、メモリセル214の制御電極はワード線34に、それぞれ電気的に接続されている。第2の実施の形態において、メモリストリングス21は、4個のメモリセル211−214を電気的に直列に接続しているが、本発明は、第1の実施の形態と同様に、この接続数に限定されるものではなく、例えば8個、16個、…等、バイト構成を構築する接続数を備えてもよい。メモリセル211−214の具体的デバイス構造については後述する。
選択トランジスタ24のドレインは前述のようにメモリセル211のソースに電気的に接続され、選択トランジスタ24のソースはソース線51に電気的に接続されている。選択トランジスタ24はnチャネル導電型IGFETにより構成されている。第1の選択トランジスタ22のソースは前述のようにメモリセル214のドレインに電気的に接続され、第1の選択トランジスタ22のドレインは第2の選択トランジスタ23のソースに電気的に接続されている。第2の選択トランジスタ22のドレインはデータ線50に電気的に接続されている。第1の選択トランジスタ22、第2の選択トランジスタ23は、いずれもnチャネル導電型IGFETにより構成されている。第2の実施の形態において、第1の選択トランジスタ22には、エンハンスメント型の閾値電圧を有する第1の選択トランジスタ22(E)と、ディプレッション型の閾値電圧を有する第1の選択トランジスタ22(D)の2種類が設定されている。第2の選択トランジスタ23には、ディプレッション型の閾値電圧を有する第2の選択トランジスタ23(D)と、エンハンスメント型の閾値電圧を有する第2の選択トランジスタ23(E)との2種類が設定されている。1つのメモリセルユニット20は、エンハンスメント型の閾値電圧を有する第1の選択トランジスタ(第1の選択トランジスタ)22(E)及びディプレッション型の閾値電圧を有する第2の選択トランジスタ(第2の選択トランジスタ)23(D)の組み合わせにより構成されている。更に、他の1つのメモリセルユニット20は、ディプレッション型の閾値電圧を有する第1の選択トランジスタ(第3の選択トランジスタ)22(D)及びエンハンスメント型の閾値電圧を有する第2の選択トランジスタ(第4の選択トランジスタ)23(E)の組み合わせになっている。
第2の実施の形態においては、例えばメモリセルユニット20(1)及びメモリセルユニット20(2)が、1本(同一)のデータ線50に電気的に並列に接続され、更にこの1本のデータ線50の配列方向(配線幅方向)に隣接して配列されている。この1本のデータ線50に接続された一方のメモリセルユニット20(1)はエンハンスメント型の閾値電圧を有する第1の選択トランジスタ22(E)とディプレッション型の閾値電圧を有する第2の選択トランジスタ23(D)との組み合わせである。同一の1本のデータ線50に接続された他の一方のメモリセルユニット20(2)はディプレッション型の閾値電圧を有する第1の選択トランジスタ22(D)とエンハンスメント型の閾値電圧を有する第2の選択トランジスタ23(E)との組み合わせである。この1本のデータ線50とそれに接続される2個のメモリセルユニット20との接続構造は、メモリセルアレイ2において繰り返しパターンの基本パターンになる。すなわち、次段に配列された1本のデータ線50には、第1の選択トランジスタ22(E)と第2の選択トランジスタ23(D)との組み合わせを有するメモリセルユニット20(3)及び第1の選択トランジスタ22(D)と第2の選択トランジスタ23(E)との組み合わせを有するメモリセルユニット20(4)が電気的に並列に接続されている。
メモリセルユニット20(1)、20(2)、20(3)、20(4)、…のそれぞれの第1の選択トランジスタ22(E)及び22(D)の制御電極は第1の選択信号線71に接続されている。メモリセルユニット20(1)、20(2)、20(3)、20(4)、…のそれぞれの第2の選択トランジスタ22(D)及び22(E)の制御電極は第2の選択信号線72に接続されている。
更に、表現を代えれば、メモリセルユニット20(1)とそれにデータ線50の幅方向に隣接して配列されたメモリセルユニット20(2)に跨って1本のデータ線50が配設されている。更に、メモリセルユニット20(1)のメモリストリングス21とデータ線50との間には閾値電圧が異なる第1の選択トランジスタ22(E)及び第2の選択トランジスタ23(D)が配列され、メモリセルユニット20(2)のメモリストリングス21とデータ線50との間には閾値電圧が異なる第1の選択トランジスタ22(D)及び第2の選択トランジスタ23(E)が配列されている。
なお、第2の実施の形態においては、2個のメモリセルユニット20(1)及び20(2)に1本のデータ線50が接続された例を説明したが、本発明は、3個以上のメモリセルユニット20に1本のデータ線50を接続してもよい。この場合、1つのメモリセルユニット20のメモリストリングス21とデータ線50との間には3個の電気的に直列に接続された選択トランジスタが配列される。
[セレクトゲートドライバ及びセレクトゲートデコーダの回路構成]
同図30に示すように、セレクトゲートドライバ7は、第1の選択信号線71に接続された第1のドライバ7Bと、第2の選択信号線72に接続された第2のドライバ7Aとを備えている。第1のドライバ7B、第2のドライバ7Aはいずれもpチャネル導電型IGFET及びnチャネル導電型IGFETを有する相補型IGFETにより構成されている。pチャネル導電型IGFETのドレイン及びnチャネル導電型IGFETのドレインは第1の選択信号線71又は第2の選択信号線72に接続されている。pチャネル導電型IGFETのソースは電源端子Vddに接続され、nチャネル導電型IGFETのソースは基準電源Vssに接続されている。第1のドライバ7Bを構成するpチャネル導電型IGFETの制御電極(ゲート電極)及びnチャネル導電型IGFETの制御電極はセレクトゲートデコーダ8のデコーダ8Bに接続されている。第2のドライバ7Aを構成するpチャネル導電型IGFETの制御電極及びnチャネル導電型IGFETの制御電極はセレクトゲートデコーダ8のデコーダ8Aに接続されている。
同図30に示すように、セレクトゲートドライバ7は、第1の選択信号線71に接続された第1のドライバ7Bと、第2の選択信号線72に接続された第2のドライバ7Aとを備えている。第1のドライバ7B、第2のドライバ7Aはいずれもpチャネル導電型IGFET及びnチャネル導電型IGFETを有する相補型IGFETにより構成されている。pチャネル導電型IGFETのドレイン及びnチャネル導電型IGFETのドレインは第1の選択信号線71又は第2の選択信号線72に接続されている。pチャネル導電型IGFETのソースは電源端子Vddに接続され、nチャネル導電型IGFETのソースは基準電源Vssに接続されている。第1のドライバ7Bを構成するpチャネル導電型IGFETの制御電極(ゲート電極)及びnチャネル導電型IGFETの制御電極はセレクトゲートデコーダ8のデコーダ8Bに接続されている。第2のドライバ7Aを構成するpチャネル導電型IGFETの制御電極及びnチャネル導電型IGFETの制御電極はセレクトゲートデコーダ8のデコーダ8Aに接続されている。
[メモリセルユニット、メモリセル及び選択トランジスタの概略構造]
次に、第2の実施の形態に係るNAND型フラッシュメモリ1の詳細な構造を、図31乃至図33を用いて説明する。ここで、図31及び図32はNAND型フラッシュメモリ1の要部の主要な構成要素のみを示す断面図である。図34は図31及び図32に示すNAND型フラッシュメモリ1の平面図である。なお、第2の実施の形態に係るメモリセルユニット2の選択トランジスタ24及びメモリストリングス21(メモリセル211−214)の構造は、前述の図1乃至図4及び図18に示す第1の実施の形態に係るメモリセルユニット2の選択トランジスタ24及びメモリストリングス21(メモリセル211−214)の構造と同一であるので、ここでの説明は省略する。
次に、第2の実施の形態に係るNAND型フラッシュメモリ1の詳細な構造を、図31乃至図33を用いて説明する。ここで、図31及び図32はNAND型フラッシュメモリ1の要部の主要な構成要素のみを示す断面図である。図34は図31及び図32に示すNAND型フラッシュメモリ1の平面図である。なお、第2の実施の形態に係るメモリセルユニット2の選択トランジスタ24及びメモリストリングス21(メモリセル211−214)の構造は、前述の図1乃至図4及び図18に示す第1の実施の形態に係るメモリセルユニット2の選択トランジスタ24及びメモリストリングス21(メモリセル211−214)の構造と同一であるので、ここでの説明は省略する。
メモリセルユニット20の第1の選択トランジスタ22はnチャネル導電型IGFETにより構成されている。第1の選択トランジスタ22は、メモリセル214上に配設された制御電極(ゲート電極)221と、制御電極221の上面から下面に向かって配設された貫通孔(メモリホール)226の内側壁に配設されたゲート絶縁膜222と、貫通孔226の内側壁(制御電極221の外側壁)にゲート絶縁膜222を介して埋設されたチャネル形成領域223と、チャネル形成領域223の一端とメモリセル214のドレイン2145との間に双方に対して電気的に接続された主電極領域(例えばソース領域)224と、チャネル形成領域223の他端に対して電気的に接続された主電極領域(例えばドレイン領域)225とを備えている。チャネル形成領域223の外側壁はすべて制御電極221により取り囲まれ、チャネル形成領域223は円柱形状(若しくは三角柱以上の多角柱形状)において基板100の表面に対して垂直方向に延在する。つまり、第1の選択トランジスタ22のチャネル長方向は基板100の表面に対して垂直方向に設定されている。第1の選択トランジスタ22は、チャネル形成領域223に導入されるn型又はp型不純物によってエンハンスメント型の閾値電圧又はディプレッション型の閾値電圧に調整されている。
メモリセルユニット20の第2の選択トランジスタ23は、第1の選択トランジスタ22と同様に、nチャネル導電型IGFETにより構成されている。第2の選択トランジスタ23は、第1の選択トランジスタ22上に配設された制御電極(ゲート電極)231と、制御電極231の上面から下面に向かって配設された貫通孔(メモリホール)236の内側壁に配設されたゲート絶縁膜232と、貫通孔236の内側壁(制御電極231の外側壁)にゲート絶縁膜232を介して埋設されたチャネル形成領域233と、チャネル形成領域233の一端と第1の選択トランジスタ22の主電極領域225との間に双方に対して電気的に接続された主電極領域(例えばソース領域)234と、チャネル形成領域233の他端に対して電気的に接続された主電極領域(例えばドレイン領域)235とを備えている。チャネル形成領域233の外側壁はすべて制御電極231により取り囲まれ、チャネル形成領域233は円柱形状(若しくは三角柱以上の多角柱形状)において基板100の表面に対して垂直方向に延在する。つまり、第2の選択トランジスタ23のチャネル長方向は基板100の表面に対して垂直方向に設定されている。第2の選択トランジスタ23は、チャネル形成領域233に導入されるp型又はn型不純物によってディプレッション型の閾値電圧又はエンハンスメント型の閾値電圧に調整されている。第2の選択トランジスタ23の主電極領域235はデータ線50に接続されている。
データ線50は、隣接する2個のメモリセルユニット20、詳細に表現すればデータ線50の配線幅方向に隣接する2個のメモリセルユニット20(1)及び20(2)に跨って配設され、このメモリセルユニット20(1)及び20(2)に電気的に並列に接続されている。同様に、隣接する2個のメモリセルユニット20(3)及び20(4)に跨って次列のデータ線50が配設され、このデータ線50はメモリセルユニット20(3)及び20(4)に電気的に並列に接続されている。隣接する2個のメモリセルユニット20(5)及び20(6)に跨って更に次列のデータ線50が配設され、このデータ線50はメモリセルユニット20(5)及び20(6)に電気的に並列に接続されている。すなわち、データ線50は、その配線幅方向に隣接する2個のメモリセルユニット20に両者間のスペースを介在させずに一体化され、両者のライン部分にスペース部分を加えた広い配線幅により構成されている。従って、データ線50の配線幅が実効的に約3倍になるので、データ線50の抵抗値を約3分の1に減少することができる。
[メモリセルユニットの選択動作]
次に、前述の図30に示すNAND型フラッシュメモリ1において、メモリセルアレイ2のメモリセルユニット20の選択動作を簡単に説明する。ここでは、メモリセルユニット20(1)を選択する場合を説明する。
次に、前述の図30に示すNAND型フラッシュメモリ1において、メモリセルアレイ2のメモリセルユニット20の選択動作を簡単に説明する。ここでは、メモリセルユニット20(1)を選択する場合を説明する。
まず最初に、メモリセルユニット20(1)、20(2)、20(3)、20(4)、…を選択する第1のセレクトゲートデコーダ8A及び第2のセレクトゲートデコーダ8Bにアドレス信号が入力される。第1のセレクトゲートデコーダ8Aへのアドレス信号の入力に基づき第1のセレクトゲートドライバ7Aが駆動され、この第1のセレクトゲートドライバ7Aの駆動に基づき第2の選択信号線72がロウ(L)レベルに選択される。一方、第2のセレクトゲートデコーダ8Bへのアドレス信号の入力に基づき第2のセレクトゲートドライバ7Bが駆動され、この第2のセレクトゲートドライバ7Bの駆動に基づき第1の選択信号線71がハイ(H)レベルに選択される。
第1の選択信号線71が選択されると、メモリセルユニット20(1)、20(3)、20(5)、…のエンハンスメント型の閾値電圧を有する第1の選択トランジスタ22(E)が選択され導通状態になる。第1の選択信号線71に同様に接続されているメモリセルユニット20(2)、20(4)、20(6)、…のディプレッション型の閾値電圧を有する第1の選択トランジスタ22(D)は非選択となり非導通状態になる。一方、第2の選択信号線72が選択されると、メモリセルユニット20(1)、20(3)、20(5)、…のディプレッション型の閾値電圧を有する第2の選択トランジスタ23(D)が選択され導通状態になる。第2の選択信号線72に同様に接続されているメモリセルユニット20(2)、20(4)、20(6)、…のエンハンスメント型の閾値電圧を有する第2の選択トランジスタ23(E)は非選択となり非導通状態になる。つまり、第1の選択信号線71及び第2の選択信号線72を選択することにより、メモリセルユニット20(1)、20(3)、20(5)、…の第1の選択トランジスタ22(E)及び第2の選択トランジスタ23(D)が導通状態になる。
カラムデコーダ6によりメモリセルユニット20(1)及び20(2)に接続されたデータ線50が選択されると、メモリセルユニット20(2)の第1の選択トランジスタ22(D)及び第2の選択トランジスタ23(E)はいずれも非導通状態にあるので、メモリセルユニット20(1)のみが選択される。つまり、選択状態にあるメモリセルユニット20(1)においては、データ線50から情報となる電流を流すことができるので、メモリストリングス21中のメモリセル211−214のいずれか、例えばメモリセル211が選択されていれば、そのメモリセル211のデータを読み出すことができる。
以上説明したように、第2の実施の形態に係るNAND型フラッシュメモリ1においては、データ線50の配線幅方向において配列された複数個のメモリセルユニット20に跨った配線幅を有するデータ線50を配設し、跨ったメモリセルユニット20の個数に対応した第1の選択トランジスタ22及び第2の選択トランジスタ23をメモリセルユニット20内に直列に組み込み、更に1本のデータ線50に接続される複数個のメモリセルユニット20のいずれかを選択する第1の選択トランジスタ22及び第2の選択トランジスタ23の閾値電圧を調節することにより、データ線50の配線幅を増加することができる。この配線幅の増加に伴い、データ線50の電気抵抗値を減少することができるので、特にデータ読み出し動作速度の高速化を実現することができる。なお、第2の実施の形態に係るNAND型フラッシュメモリ1においては、データ線50の配線幅方向に隣接する2個のメモリセルユニット20に跨ってデータ線50を配設したが、本発明は、これに限定されるものではなく、3個以上のメモリセルユニット20に跨ってデータ線50を配設してもよい。この場合、選択信号線は3層以上になり、メモリセルユニット20のメモリストリングス21とデータ線50との間には3個以上の選択トランジスタが電気的に直列に接続される。
なお、第2の実施の形態に係るNAND型フラッシュメモリ1の製造方法は基本的には第1の実施の形態に係るNAND型フラッシュメモリ1の製造方法と同様であるので、ここでの製造方法の説明は省略する。
(第3の実施の形態)
本発明の第3の実施の形態は、前述の第1の実施の形態に係るNAND型フラッシュメモリ1と第2の実施の形態に係るNAND型フラッシュメモリ1とを組み合わせ例を説明するものである。すなわち、第3の実施の形態に係るNAND型フラッシュメモリ1は、選択トランジスタ及びそれを選択する選択信号線とデータ線とに本発明を適用した例を説明するものである。
本発明の第3の実施の形態は、前述の第1の実施の形態に係るNAND型フラッシュメモリ1と第2の実施の形態に係るNAND型フラッシュメモリ1とを組み合わせ例を説明するものである。すなわち、第3の実施の形態に係るNAND型フラッシュメモリ1は、選択トランジスタ及びそれを選択する選択信号線とデータ線とに本発明を適用した例を説明するものである。
[メモリセルユニット、メモリセル及び選択トランジスタの概略構造]
第3の実施の形態に係るNAND型フラッシュメモリ1の詳細な構造を、図34乃至図36を用いて説明する。ここで、図34及び図35はNAND型フラッシュメモリ1の要部の主要な構成要素のみを示す断面図である。図36は図34及び図35に示すNAND型フラッシュメモリ1の平面図である。なお、第3の実施の形態に係るメモリセルユニット2の選択トランジスタ24及びメモリストリングス21(メモリセル211−214)の構造は、前述の図1乃至図4及び図18に示す第1の実施の形態に係るメモリセルユニット2の選択トランジスタ24及びメモリストリングス21(メモリセル211−214)の構造と同一であるので、ここでの説明は省略する。
第3の実施の形態に係るNAND型フラッシュメモリ1の詳細な構造を、図34乃至図36を用いて説明する。ここで、図34及び図35はNAND型フラッシュメモリ1の要部の主要な構成要素のみを示す断面図である。図36は図34及び図35に示すNAND型フラッシュメモリ1の平面図である。なお、第3の実施の形態に係るメモリセルユニット2の選択トランジスタ24及びメモリストリングス21(メモリセル211−214)の構造は、前述の図1乃至図4及び図18に示す第1の実施の形態に係るメモリセルユニット2の選択トランジスタ24及びメモリストリングス21(メモリセル211−214)の構造と同一であるので、ここでの説明は省略する。
第3の実施の形態に係るNAND型フラッシュメモリ1においては、メモリセルユニット20のメモリストリングス21の最上層のメモリセル214とデータ線50との間に、第1の選択トランジスタ22、第2の選択トランジスタ23、更に第3の選択トランジスタ28及び第4の選択トランジスタ29が配設されている。第1の選択トランジスタ22、第2の選択トランジスタ23、第3の選択トランジスタ28、第4の選択トランジスタ29のそれぞれは、メモリセル214からデータ線50に向かって、電気的に直列に接続されている。
データ線50の延在方向に隣接する2個のメモリセルユニット20の第1の選択トランジスタ22においては、前述の第1の実施の形態に係る第1の選択トランジスタ22と同様に、制御電極(ゲート電極)が互いに電気的に接続され、この制御電極は第1の選択信号線71に電気的に接続されている。更に、データ線50の配線幅方向に隣接する2個のメモリセルユニット20の第1の選択トランジスタ22においては、前述の第2の実施の形態に係る第1の選択トランジスタ22と同様に、制御電極が互いに電気的に接続され、この制御電極は第1の選択信号線71に電気的に接続されている。これらデータ線50の延在方向及び配線幅方向に隣接する合計4個のメモリセルユニット20が1本のデータ線50に電気的に接続され、この4個のメモリセルユニット20の合計4個の第1の選択トランジスタ22はすべてエンハンスメント型の閾値電圧に設定されている。4個のメモリセルユニット20は基本配列単位としてメモリセルアレイ2において行列状に複数配列されている。
データ線50の延在方向に隣接する2個のメモリセルユニット20の第2の選択トランジスタ23においては、前述の第1の実施の形態に係る第2の選択トランジスタ23と同様に、制御電極(ゲート電極)が互いに電気的に接続され、この制御電極は第2の選択信号線72に電気的に接続されている。更に、データ線50の配線幅方向に隣接する2個のメモリセルユニット20の第2の選択トランジスタ23においては、前述の第2の実施の形態に係る第2の選択トランジスタ23と同様に、制御電極が互いに電気的に接続され、この制御電極は第2の選択信号線72に電気的に接続されている。第2の選択信号線72は、データ線50の延在方向に第1の選択信号線71の配列ピッチに対して半配列ピッチ(1メモリセルユニット20)分ずれて配列されている。第2の選択トランジスタ23はすべてエンハンスメント型の閾値電圧に設定されている。
データ線50の延在方向に隣接する2個のメモリセルユニット20の第3の選択トランジスタ28においては、第1の選択トランジスタ22と同様に、制御電極(ゲート電極)が互いに電気的に接続され、この制御電極は第3の選択信号線73に電気的に接続されている。更に、データ線50の配線幅方向に隣接する2個のメモリセルユニット20の第3の選択トランジスタ28においては、前述の第2の実施の形態に係る第1の選択トランジスタ22と同様に、制御電極が互いに電気的に接続され、この制御電極は第3の選択信号線73に電気的に接続されている。第3の選択信号線73は、データ線50の延在方向に第1の選択信号線71の配列ピッチに対して同一配列ピッチにおいて配列されている。第3の選択トランジスタ28はすべてエンハンスメント型の閾値電圧に設定されている。
データ線50の延在方向に隣接する2個のメモリセルユニット20の第4の選択トランジスタ29においては、第2の選択トランジスタ23と同様に、制御電極(ゲート電極)が互いに電気的に接続され、この制御電極は第4の選択信号線74に電気的に接続されている。更に、データ線50の配線幅方向に隣接する2個のメモリセルユニット20の第4の選択トランジスタ29においては、前述の第2の実施の形態に係る第2の選択トランジスタ23と同様に、制御電極が互いに電気的に接続され、この制御電極は第4の選択信号線74に電気的に接続されている。第4の選択信号線74は、データ線50の延在方向に第2の選択信号線72の配列ピッチに対して同一配列ピッチにおいて配列されている。第4の選択トランジスタ29はすべてエンハンスメント型の閾値電圧に設定されている。
以上説明したように、第3の実施の形態に係るNAND型フラッシュメモリ1においては、データ線50が延在する方向に配列された複数個のメモリセルユニット20に跨った配線幅を有する第1の選択信号線71、第2の選択信号線72、第3の選択信号線73及び第4の選択信号線74を配設し、跨ったメモリセルユニット20の個数に対応した第1の選択トランジスタ22、第2の選択トランジスタ23、第3の選択トランジスタ28及び第4の選択トランジスタ29をメモリセルユニット20内に直列に組み込むことにより、第1の選択信号線71乃至第4の選択信号線74の配線幅を増加することができるとともに、データ線50の配線幅を増加することができる。つまり、この配線幅の増加に伴い、第1の選択信号線71及び第2の選択信号線72の電気抵抗値並びにデータ線50の電気抵抗値を減少することができるので、特にデータ読み出し動作速度の高速化を実現することができる。
(その他の実施の形態)
本発明は、前述の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更し得ることは勿論である。例えば、本発明は、前述の第3の実施の形態に係るNAND型フラッシュメモリ1において、メモリセルユニット20のメモリストリングス21とデータ線50との間に、前述の第2の実施の形態に係るNAND型フラッシュメモリ1のエンハンスメント型の閾値電圧を有する選択トランジスタとディプレッション型の閾値電圧を有する選択トランジスタとを組み込むことができる。また、本発明は、NAND型フラッシュメモリ1に限定されるものではなく、EPROM、ROM等の不揮発性半導体記憶装置に適用することができる。
本発明は、前述の実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更し得ることは勿論である。例えば、本発明は、前述の第3の実施の形態に係るNAND型フラッシュメモリ1において、メモリセルユニット20のメモリストリングス21とデータ線50との間に、前述の第2の実施の形態に係るNAND型フラッシュメモリ1のエンハンスメント型の閾値電圧を有する選択トランジスタとディプレッション型の閾値電圧を有する選択トランジスタとを組み込むことができる。また、本発明は、NAND型フラッシュメモリ1に限定されるものではなく、EPROM、ROM等の不揮発性半導体記憶装置に適用することができる。
1 NAND型フラッシュメモリ
2 メモリセルアレイ
3 ワード線ドライバ
4 ワード線デコーダ
5 センスアンプ
6 カラムデコーダ
7 セレクトゲートドライバ
8 セレクトゲートデコーダ
20 メモリセルユニット
21 メモリストリングス
214−214 メモリセル
22 第1の選択トランジスタ
23 第2の選択トランジスタ
24 選択トランジスタ
28 第3の選択トランジスタ
29 第4の選択トランジスタ
30、31−34 ワード線
50 データ線
70 選択信号線
71 第1の選択信号線
72 第2の選択信号線
73 第3の選択信号線
74 第4の選択信号線
2 メモリセルアレイ
3 ワード線ドライバ
4 ワード線デコーダ
5 センスアンプ
6 カラムデコーダ
7 セレクトゲートドライバ
8 セレクトゲートデコーダ
20 メモリセルユニット
21 メモリストリングス
214−214 メモリセル
22 第1の選択トランジスタ
23 第2の選択トランジスタ
24 選択トランジスタ
28 第3の選択トランジスタ
29 第4の選択トランジスタ
30、31−34 ワード線
50 データ線
70 選択信号線
71 第1の選択信号線
72 第2の選択信号線
73 第3の選択信号線
74 第4の選択信号線
Claims (5)
- データ線と、
電荷蓄積領域を持つメモリセルが複数個電気的に直列に接続された第1のメモリストリングスを有し、その一端から前記データ線に電気的に直列に接続された第1の選択トランジスタ及び第2の選択トランジスタを有する第1のメモリセルユニットと、
前記第1のメモリストリングスと同一構造を持つ第2のメモリストリングスを有し、その一端から前記データ線に電気的に直列に接続された第3の選択トランジスタ及び第4の選択トランジスタを有し、前記第1のメモリセルユニットに隣接する第2のメモリセルユニットと、
前記第1のメモリストリングスと同一構造を持つ第3のメモリストリングスを有し、その一端から前記データ線に電気的に直列に接続された第5の選択トランジスタ及び第6の選択トランジスタを有し、前記第2のメモリセルユニットに隣接する第3のメモリセルユニットと、
前記第1のメモリセルユニットの前記第1の選択トランジスタの制御電極及び前記第2のメモリセルユニットの前記第3の選択トランジスタの制御電極に電気的に接続された第1の選択信号線と、
前記第2のメモリセルユニットの前記第4の選択トランジスタの制御電極及び前記第3のメモリセルユニットの前記第6の選択トランジスタの制御電極に電気的に接続された第2の第2の選択信号線と、
を備えたことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。 - 前記第1のメモリストリングス乃至前記第3のメモリストリングスは基板表面上に積層された複数個の前記メモリセルにより構成され、前記第1の選択トランジスタ、前記第3の選択トランジスタ及び前記第5の選択トランジスタは、前記第1のメモリストリングス乃至前記第3のメモリストリングス上の第1の層に配設され、前記第2の選択トランジスタ、前記第4の選択トランジスタ及び前記第6の選択トランジスタは、前記第1の層上の第2の層に配設され、前記データ線は前記第2の層上に配設され、前記第1の選択信号線は、前記第1の層に配設され、前記第1の選択トランジスタの配列部分から前記第3の選択トランジスタの配列部分までの配線幅を有し、前記第2の選択信号線は、前記第2の層に配設され、前記第4の選択トランジスタの配列部分から前記第6の選択トランジスタの配列部分までの配線幅を有することを特徴とする請求項1に記載の不揮発性半導体記憶装置。
- 前記第1のメモリセルユニット乃至前記第3のメモリセルユニットが配列されたメモリセルアレイと、
前記メモリセルアレイの第1の辺に沿って配設され、前記第1の選択信号線を駆動する第1のドライバ及び前記第2の選択信号線を駆動する第2のドライバを有するセレクトゲートドライバと、
前記セレクトゲートドライバの駆動制御を行うセレクトゲートデコーダと、
前記メモリセルアレイの前記第1の辺に対向する第2の辺に沿って配設され、前記第1のメモリストリングス乃至前記第3のメモリストリングスのそれぞれの前記メモリセルに接続されるワード線を駆動するワード線ドライバと、
前記ワード線ドライバの駆動制御を行うワード線デコーダと、
前記メモリセルアレイの前記第1の辺と前記第2の辺との間の第3の辺及びこの第3の辺に対向する第4の辺に各々沿って分割配置され、前記データ線を選択するカラムデコーダと、
前記第3の辺及び前記第4の辺に各々沿って分割配置され、前記データ線に接続されるセンスアンプと、
を更に備えたことを特徴とする請求項2又は請求項3に記載の不揮発性半導体記憶装置。 - 電荷蓄積領域を持つメモリセルが複数個電気的に直列に接続されるとともに基板表面上に前記メモリセルが積層された第1のメモリストリングスを有し、前記第1のメモリストリングス上においてその一端に電気的に直列に接続されたエンハンスメント型の第1の選択トランジスタ及び前記第1の選択トランジスタ上においてそれに電気的に直列に接続されたディプレッション型の第2の選択トランジスタを有する第1のメモリセルユニットと、
前記第1のメモリストリングスと同一構造を持つ第2のメモリストリングスを有し、前記第2のメモリストリングス上においてその一端に電気的に直列に接続されたディプレッション型の第3の選択トランジスタ及び前記第3の選択トランジスタ上においてそれに電気的に直列に接続されたエンハンスメント型の第4の選択トランジスタを有し、前記第1のメモリセルユニットに隣接して配設された第2のメモリセルユニットと、
前記第1の選択トランジスタ及び前記第3の選択トランジスタに接続された第1の選択信号線と、
前記第2の選択トランジスタ及び前記第4の選択トランジスタに接続された第2の選択信号線と、
前記第1のメモリセルユニット上及び前記第2のメモリセルユニット上に跨って配設され、前記第1のメモリセルユニットの前記第2の選択トランジスタ及び前記第2のメモリセルユニットの前記第4の選択トランジスタに電気的に接続されたデータ線と、
を備えたことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。 - 前記第1のメモリセルユニット及び前記第2のメモリセルユニットが配列されたメモリセルアレイと、
前記メモリセルアレイの第1の辺に沿って配設され、前記第1のメモリセルユニットの前記第1の選択トランジスタ及び前記第2のメモリセルユニットの前記第3の選択トランジスタを駆動する第1のセレクトゲートドライバと、
前記第1のセレクトゲートドライバの駆動制御を行う第1のセレクトゲートデコーダと、
前記メモリセルアレイの前記第1の辺に対向する第2の辺に沿って配設され、前記第1のメモリセルユニットの前記第2の選択トランジスタ及び前記第2のメモリセルユニットの前記第4の選択トランジスタを駆動する第2のセレクトゲートドライバと、
前記第2のセレクトゲートドライバの駆動制御を行う第2のセレクトゲートデコーダと、
前記メモリセルアレイの前記第1の辺と前記第2の辺との間の第3の辺に沿って配設され、前記第1のメモリストリングス及び第2のメモリストリングスのそれぞれの前記メモリセルに接続されるワード線を駆動するワード線ドライバと、
前記ワード線ドライバの駆動制御を行うワード線デコーダと、
前記メモリセルアレイの前記第3の辺に対向する第4の辺に沿って配設され、前記データ線を選択するカラムデコーダ及び前記データ線に接続されたセンスアンプと、
を備えたことを特徴とする請求項4に記載の不揮発性半導体記憶装置。
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JP2010114113A (ja) * | 2008-11-04 | 2010-05-20 | Toshiba Corp | 半導体記憶装置 |
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