JP2009032735A - 半導体記憶装置およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は、複数のセルワードラインが極めて狭ピッチで配置されたNAND型フラッシュメモリにおいて、GIDL電流による不良を回避できるようにする。
【解決手段】たとえば、NAND型メモリユニットMUにおいて、セルワードラインWL0〜WL31は、ライン間距離を“A”、ライン幅を“B”とし、露光装置の露光限界まで微細加工されている。ソース側の選択ゲートラインSGSは、これに隣接するセルワードラインWL0との間に、少なくとも“C=n*A+(n−1)B,n≧2の整数”の距離を有して配置されている。
【選択図】 図2
【解決手段】たとえば、NAND型メモリユニットMUにおいて、セルワードラインWL0〜WL31は、ライン間距離を“A”、ライン幅を“B”とし、露光装置の露光限界まで微細加工されている。ソース側の選択ゲートラインSGSは、これに隣接するセルワードラインWL0との間に、少なくとも“C=n*A+(n−1)B,n≧2の整数”の距離を有して配置されている。
【選択図】 図2
Description
本発明は、半導体記憶装置およびその製造方法に関するもので、たとえば、NAND型フラッシュメモリに代表されるような、複数のセルワードラインが極めて狭ピッチで配置された不揮発性メモリ装置に関する。
たとえば、NAND型フラッシュメモリの場合、チップサイズを最小にすることよって、より安価な不揮発性メモリ装置を実現している。これは、複数のNANDストリング(NANDメモリユニット)をアレイ状に配置したメモリセルアレイ形状を採用することにより、実現されている。NANDストリングは、それぞれ、所定個のフラッシュメモリセル(NANDセル)と、この所定個のメモリセルを挟むように配置された2個の選択ゲートトランジスタとで構成されている。また、積層ゲート構造とされたメモリセルの、各制御ゲート電極に接続されるセルワードライン間にコンタクトホールを配置せず、セルワードラインを極めて狭ピッチで配置できることも、チップサイズの最小化のためには有利となっている。
このようなNAND型フラッシュメモリは市場に受け入れられており、その市場規模の拡大は著しい。また、この市場要求に応えるため、露光装置の高性能化とともに、露光装置の露光限界まで微細化されたメモリセルアレイの形成によって、より高密度な不揮発性メモリ装置を実現させてきた。
たとえば、従来のNAND型フラッシュメモリにおいて、NANDストリングは、セルワードラインのラインパターンのレジスト加工に用いる露光装置の露光限界まで、微細加工されている。つまり、隣り合うセルワードライン間の距離“A”、セルワードラインの幅“B”、および、選択ゲートラインとこの選択ゲートラインと隣り合うセルワードラインとの距離“C”は、それぞれ、露光装置の露光限界まで微細加工され、ほぼ等しくされる場合(“A=B=C”)が多い。
しかしながら、このNANDストリングの微細化、延いてはメモリセルアレイの微細化においては、セルの信頼性を脅かす例が報告されている(たとえば、非特許文献1参照)。この報告によれば、データ書き込み動作時に転送される電位によって引き起こされるGIDL(Gate Induced Drain Leakage)電流により、ソース側に配置される選択ゲートラインに隣接するセルワードラインに対応する浮遊ゲート電極にホットエレクトロンが注入される不良があり、データが破壊されるという問題が紹介されている。この問題の解決には、NANDストリングを構成するソース側の選択ゲートラインと、その選択ゲートラインに隣接するセルワードラインとの距離を、110nm程度に拡大することが必須であるとされている。しかし、この条件(C>A=B,C≧110nm)は、上記した露光限界での微細加工の関係(“A=B=C”)を損なうものであった。
また、ソース側の選択ゲートラインとこれに隣接するセルワードラインとの距離(C)を無造作に拡大すると、リソグラフィ技術の制限により、安定したマスク加工のための露光フォーカスマージンが低下することが知れている。なぜなら、マスクの開口部を通過する光源からの光は一定の波長(たとえば、ArF線では193nm)を有し、一定の光強度でマスクに照射されるためであることは周知の事実である。ところが、周期的でないパターンの場合、光強度の乱れから安定したマスク加工を実現することは困難である。すなわち、ソース側の選択ゲートラインとこれに隣接するセルワードラインとの距離(C)が無造作に設定された場合、レジストを露光装置の露光限界まで微細加工することが不可能になる。このため、露光フォーカスマージンの低下からセルワードラインおよび選択ゲートラインを安定に加工できなくなる。これは、セルワードラインの幅加工の乱れによる、書き込み/消去後のしきい値(Vth)分布幅の拡大を招き、歩留りの低下および信頼性の低下の原因となる。
Jae−Duk Lee,"A new programming disturbance phenomenon in NAND flash memory by source/drain hot−electrons generated by GIDL current" IEEE NVSMW2006 pp.31−33
Jae−Duk Lee,"A new programming disturbance phenomenon in NAND flash memory by source/drain hot−electrons generated by GIDL current" IEEE NVSMW2006 pp.31−33
本発明は、上記の問題点を解決すべくなされたもので、セルワードラインを制御性よく、高密度に配置することができるとともに、信頼性を確保することが可能な半導体記憶装置およびその製造方法を提供することを目的としている。
本願発明の一態様によれば、ドレイン側の選択ゲートトランジスタとソース側の選択ゲートトランジスタとの相互間に、制御ゲートと電荷蓄積層とからなる積層ゲート構造を有する所定個のメモリセルが配置されたメモリユニットを有するメモリセルアレイと、前記メモリユニットの、前記所定個のメモリセルの前記制御ゲートにそれぞれ接続された複数のワードラインと、前記メモリユニットの、前記ソース側の選択ゲートトランジスタのゲートに接続されたソース側の選択ゲートラインと、を具備した半導体記憶装置であって、前記複数のワードライン間の各ピッチを“A”、前記複数のワードラインのそれぞれの幅を“B”としたとき、少なくとも前記ソース側の選択ゲートラインと、このソース側の選択ゲートラインに隣接するワードラインとの間の距離“C”が、“n*A+(n−1)B,n≧2の整数”とされてなることを特徴とする半導体記憶装置が提供される。
また、本願発明の一態様によれば、選択ゲートトランジスタの選択ゲートラインが形成される第1の領域と、この第1の領域に隣接し複数のメモリセルトランジスタのワードラインが形成される第2の領域とを有する半導体基板上に、ゲート絶縁膜、第1のポリシリコン膜、第2のポリシリコン膜を順次形成する工程と、前記第1の領域の前記第2のポリシリコン膜上に第1のマスクパターンと形成し、前記第2の領域の前記第2のポリシリコン膜上に一定の幅と間隔で複数の第2のマスクパターンを形成する工程と、前記第1のマスクパターンに隣接する第2のマスクパターンを除去する工程と、前記第1のマスクパターンおよび除去されたマスクパターンを除く前記第2のマスクパターンをマスクに、前記第1および第2のポリシリコンをエッチング除去し、前記第1の領域にて前記選択ゲートトランジスタのゲート電極を、前記第2の領域にて前記複数のメモリセルトランジスタのゲート電極を形成する工程とを具備したことを特徴とする半導体記憶装置の製造方法が提供される。
上記の構成により、セルワードラインを制御性よく、高密度に配置することができるとともに、信頼性を確保することが可能な半導体記憶装置およびその製造方法を提供できる。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。ただし、図面は模式的なものであり、各図面の寸法および比率などは現実のものとは異なることに留意すべきである。また、図面の相互間においても、互いの寸法の関係および/または比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。特に、以下に示すいくつかの実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための装置および方法を例示したものであって、構成部品の形状、構造、配置などによって、本発明の技術思想が特定されるものではない。この発明の技術思想は、その要旨を逸脱しない範囲において、種々の変更を加えることができる。
[第1の実施形態]
図1は、本発明の第1の実施形態にしたがった半導体記憶装置の構成例を示すものである。なお、ここでは、NAND型フラッシュメモリを例に、不揮発性メモリ装置に適用した場合について説明する。
図1は、本発明の第1の実施形態にしたがった半導体記憶装置の構成例を示すものである。なお、ここでは、NAND型フラッシュメモリを例に、不揮発性メモリ装置に適用した場合について説明する。
図1において、メモリセルアレイ11は、複数のフラッシュメモリセル(NANDセル)を有してなる構成とされている。このメモリセルアレイ11に近接して、カラム制御回路12およびロウ制御回路13が設けられている。カラム制御回路12は、ビットラインを制御して、メモリセルに保持されているデータの消去、メモリセルへのデータの書き込み、または、メモリセルからのデータの読み出しを行うものである。ロウ制御回路13は、セルワードラインおよび選択ゲートラインに対して、消去、書き込み、および、読み出しに必要な電圧を選択的に印加するものである。
また、メモリセルアレイ11の近傍には、ソースラインの電位を制御するためのソース線制御回路14、および、メモリセルアレイ11が形成されるp型ウェル(P−Well)の電位を制御するPウェル制御回路15が設けられている。
一方、データ入出力バッファ16は、外部のホスト21にI/O(入出力)ラインを介して接続され、ホスト21からの書き込みデータ、アドレスデータおよびコマンドデータの受け取りを行うとともに、読み出しデータをホスト21に出力するものである。すなわち、このデータ入出力バッファ16は、ホスト21からI/Oラインを介して受け取った書き込みデータをカラム制御回路12に送る。また、メモリセルアレイ11から読み出した読み出しデータをカラム制御回路12から受け取り、I/Oラインを介してホスト21に出力する。さらに、メモリセルの選択のために、ホスト21からのアドレスデータおよびコマンドデータをコマンド・インターフェイス17に送る。
コマンド・インターフェイス17は、ホスト21からの外部制御信号を受け、データ入出力バッファ16より受け取ったデータがコマンドデータかアドレスデータかを判断するとともに、それをステートマシン18に転送する。
ステートマシン18は、フラッシュメモリ(チップ)全体の管理を行うものである。つまり、ホスト21からのコマンドデータにしたがって、読み出し、書き込み、消去の各動作、および、データの入出力管理を行うものである。たとえば、ステートマシン18は、コマンド・インターフェイス17から受け取ったアドレスデータを、カラム制御回路12およびロウ制御回路13に送出する。
図2は、上記したメモリセルアレイ11の構成例を示すものである。なお、同図(a)はメモリセルアレイ11の要部を示す平面図であり、同図(b)は同図(a)のIIB−IIB線に沿う断面図である。
たとえば、メモリセルアレイ11は、内部が複数のブロックBLOCKに分割されている。ブロックは同時に行うことが可能な消去の最小単位である。各ブロックBLOCKは、ロウ方向にそれぞれ配置された、複数のNAND型メモリユニット(NANDストリングともいう)MUにより構成されている。各NAND型メモリユニットMUは、所定個(たとえば、32個)のメモリセルMC0〜MC31が直列に接続されたNAND列を有してなる構成とされている。NAND列の一端は、それぞれ、ドレイン側の選択ゲートトランジスタSGD−Trを介して、ビットライン(図示していない)に接続されている。他端は、それぞれ、ソース側の選択ゲートトランジスタSGS−Trを介して、共通ソースライン(図示していない)に接続されている。つまり、各NAND型メモリユニットMUは、32個のメモリセルMC0〜MC31と、この32個のメモリセルMC0〜MC31を挟むように配置された、2つの選択ゲートトランジスタSGD−Tr,SGS−Trとを有して構成されている。
各NAND型メモリユニットMUの、選択ゲートトランジスタSGD−Trのゲート電極には、ドレイン側の選択ゲートラインSGDが共通に接続されている。選択ゲートトランジスタSGS−Trのゲート電極には、ソース側の選択ゲートラインSGSが共通に接続されている。
ここで、各々のメモリセルMC0〜MC31は、浮遊(フローティング)ゲート電極と制御(コントロール)ゲート電極とからなる二層の積層ゲート電極構造を有するMOSトランジスタであって、NAND列ごとに、ソースまたはドレインとなる拡散領域(n型)S/Dの一方を相互に兼用するようにして配置(直列接続)されている。なお、メモリセルMC0〜MC31は、FNトンネル電流を用いて浮遊ゲート電極に対する電荷(ホットエレクトロン)の出し入れを行うことにより、データの書き換え(書き込みおよび消去)が行われる。通常は、浮遊ゲート電極にホットエレクトロンが注入された状態を“0”書き込み、ホットエレクトロンが注入されない状態を“1”書き込みとしている。
また、各NAND型メモリユニットMUの、32個のメモリセルMC0〜MC31の制御ゲート電極には、それぞれ、共通のセルワードラインWLi(i=0〜31)が接続されている。セルワードラインWLiは、ソース側から順に、セルワードラインWL0,WL1,…,WL30,WL31となっている。
なお、カラム方向に隣接する各ブロックBLOCKは、一方において、選択ゲートトランジスタSGD−Trが互いに隣接するようにして、それぞれ配置されるとともに、他方において、選択ゲートトランジスタSGS−Trが互いに隣接するようにして、それぞれ配置されている。
本実施形態の場合、各ブロックBLOCKにおいて、NAND型メモリユニットMUを構成するソース側の選択ゲートラインSGSと、これに隣接するセルワードラインWL0とを、少なくとも“C=n*A+(n−1)B,n≧2の整数”の条件を満たすように配置してなる構造とされている。ただし、“A”は各セルワードラインWL間の距離(スペース)であり、“B”は各セルワードラインWL0〜WL31の幅(ライン)であり、“C”はソース側の選択ゲートラインSGSとセルワードラインWL0との間の距離である。この条件を満たすように、ソース側の選択ゲートラインSGSとセルワードラインWL0とを配置することで、GIDL電流による不良を回避できる。しかも、セルワードラインWL0〜WL31の加工時に用いる露光装置(図示していない)の露光限界まで微細加工されたレジストパターンを安定して形成できるようになる。そのため、メモリセルMC0〜MC31の歩留りおよび信頼性を充分に確保し得る。
これは、露光装置の原理にもとづくもので有り、たとえば、あらかじめセルワードラインWL0〜WL31のピッチ(ライン&スペース)の周期性を維持したダミーのレジストパターンを、ソース側の選択ゲートラインSGSとセルワードラインWL0との間に形成し、そのダミーのレジストパターンを形成後に剥離するといった手法をとることで、NAND型メモリユニットMUを構成するソース側の選択ゲートラインSGSとこれに隣接するセルワードラインWL0とを、制御性よく形成することができる。
以下に、上記した露光装置の原理にもとづいた、ソース側の選択ゲートラインSGSとこれに隣接するセルワードラインWL0とを制御性よく形成するためのプロセスについて、図3ないし図6を用いて具体的に説明する。なお、ここでは、1つのNAND型メモリユニットMUを対象として説明する。
まず、P型シリコン基板(P−Sub)100の表面部に、周知のイオン注入法と拡散法とによって、n型ウェル(N−Well)101およびp型ウェル(P−Well)102を形成する。次いで、P−Sub100の表面上に、第1のゲート絶縁膜としてのトンネル絶縁膜103を形成する。そのトンネル絶縁膜103上に浮遊ゲート電極となるポリシリコン膜104aを形成した後、第2のゲート絶縁膜として、ONO(酸化膜/窒化膜/酸化膜)の積層膜からなるゲート間絶縁膜105を形成する。この後、少なくともセルワードラインWL0〜WL31の形成予定領域を包含する(少なくとも選択ゲートラインSGS,SGDの形成予定領域を開口した)、マスクパターン106を形成する(以上、図3参照)。
次に、上記マスクパターン106をマスクに、選択ゲートラインSGS,SGDの形成予定領域のゲート間絶縁膜105を剥離する。そして、上記マスクパターン106を除去した後、再度、制御ゲート電極となるポリシリコン膜104bを形成する。この後、そのポリシリコン膜104b上に、一様にシリコン窒化(SiN)膜を形成する。
次に、このSiN膜上に一様にフォトレジストを形成し、露光技術を用いてレジストパターンを形成し、このレジストパターン107bをマスクにSiN膜をエッチング加工して、所望のマスクパターン107を形成する(以上、図4参照)。
この場合、所望のマスクパターン107は、一定のライン&スペースで形成されるセルワードラインWL0〜WL31の形成予定領域のレジストパターン107a、選択ゲートラインSGS,SGDの形成予定領域のレジストパターン107b、および、少なくともソース側の選択ゲートラインSGSとこれに隣接するセルワードラインWL0との間に、セルワードラインWL0〜WL31と同じライン&スペースで形成されるダミーのマスクパターン107cを、それぞれ有して形成される。このように、選択ゲートラインSGS,SGD間の、ダミーのマスクパターン107cを含む、セルワードラインWL0〜WL31の形成予定領域にあるマスクパターン107aは一定の周期性を保つレジストパターンにより形成される。このため、安定した露光フォーカスマージンを確保でき、制御性のよいマスクパターン107の形成が可能となる。その結果、上記マスクパターン107を用いて加工されるセルワードラインWL0〜WL31は、安定した精度のよい寸法を有して形成されることになる。
なお、選択ゲートトランジスタSGD−Tr,SGS−Trは、通常、所望のカットオフ特性を得るために、ゲート電極となる選択ゲートラインSGD,SGSとしては、セルワードラインWL0〜WL31よりも広いチャネル長(幅)が確保される。このため、ソース側およびドレイン側において、マスクパターン107の周期性に若干の乱れが生じる。したがって、ダミーのマスクパターン107cは、セルワードラインWL0〜WL31の形成予定領域にあるマスクパターン107aに比べ、多少、寸法(加工)制御性が劣ることになる。しかし、ダミーのマスクパターン107cは、後の工程において、セルワードラインWL0〜WL31の形成に用いられることなしに剥離されるものである。そのため、セルワードラインWL0〜WL31は安定した精度を保って形成される。
次に、上記マスクパターン107を含む、上記ポリシリコン膜104b上に、一様にSiN膜を形成する。また、このSiN膜をエッチングにより加工して、所望のマスクパターン108を形成する(以上、図5参照)。このマスクパターン108は、セルワードラインWL0〜WL31の形成予定領域と選択ゲートラインSGS,SGDの形成予定領域とをマスクし、上記ダミーのマスクパターン107cの形成部分のみに開口部108aが形成されている。
次に、上記マスクパターン108をマスクに、ダミーのマスクパターン107cをエッチングにより除去する。
次に、上記マスクパターン108を除去した後、マスクパターン107a,107bをマスクに、ポリシリコン膜104b,104aおよびゲート間絶縁膜105をエッチングにより加工して、メモリセルMC0〜MC31および選択ゲートトランジスタSGD−Tr,SGS−Trのゲート電極パターンを形成する(以上、図6参照)。メモリセルMC0〜MC31のゲート電極パターンは、第1のゲート絶縁膜であるトンネル絶縁膜103上に、浮遊ゲート電極FG、第2のゲート絶縁膜であるゲート間絶縁膜105、および、制御ゲート電極(セルワードラインWL0〜WL31)CGが積層されてなる構造とされ、セルワードラインWL0〜WL31が一定の周期性を保って形成される。選択ゲートトランジスタSGD−Tr,SGS−Trのゲート電極パターン、つまり、選択ゲートラインSGD,SGSは、セルワードラインWL0〜WL31よりも広いチャネル長(幅)を有してなる構造とされ、しかも、選択ゲートラインSGSとセルワードラインWL0との間に、選択ゲートラインSGDとセルワードラインWL31との間よりも大きな距離“C”を有して形成される。
その後、周知のプロセスを経ることにより、図2に示した構成のメモリセルアレイ11を備えたNAND型フラッシュメモリが完成される。
上記したように、少なくとも、選択ゲートラインSGSとこれに隣接するセルワードラインWL0との間に、距離“C”を設けるようにしている。すなわち、セルワードラインWL0〜WL31間の距離を“A”、各セルワードラインWL0〜WL31の幅を“B”とし、ソース側の選択ゲートラインSGSと、これに隣接するセルワードラインWL0とを、少なくとも“C=n*A+(n−1)B,n≧2の整数”の距離を有して配置するようにしている。これにより、データ書き込み動作時に転送される電位によって引き起こされるGIDL電流により、ソース側の選択ゲートラインSGSに隣接するセルワードラインWL0に対応するメモリセルMC0の、浮遊ゲート電極FGにホットエレクトロンが注入される不良は解消され、データが破壊されるのを防止できる。
特に、本実施形態の場合、ソース側の選択ゲートラインSGSに隣接する、ダミーのマスクパターン107cを除去することによって、ソース側の選択ゲートラインSGSと、これに隣接するセルワードラインWL0との間に、距離“C”を制御性よく確保できるようにしている。つまり、距離“C”は露光装置の原理に基づいたものであるため、セルワードラインWL0〜WL31の加工制御性までも確保したものとなっている。したがって、セルワードラインWL0〜WL31の幅加工の乱れによる、書き込み/消去後のしきい値(Vth)分布幅の拡大は解消され、歩留りの向上および信頼性の向上に繋がるのはいうまでもない。
[第2の実施形態]
図7は、本発明の第2の実施形態にしたがった半導体記憶装置の構成例を示すものである。なお、同図(a)は、NAND型フラッシュメモリを例に、メモリセルアレイ11-1の構成の要部を示す平面図であり、同図(b)は同図(a)のVIIB−VIIB線に沿う断面図である。また、上述した第1の実施形態と同一の部分には同一符号を付し、詳細な説明は割愛する。
図7は、本発明の第2の実施形態にしたがった半導体記憶装置の構成例を示すものである。なお、同図(a)は、NAND型フラッシュメモリを例に、メモリセルアレイ11-1の構成の要部を示す平面図であり、同図(b)は同図(a)のVIIB−VIIB線に沿う断面図である。また、上述した第1の実施形態と同一の部分には同一符号を付し、詳細な説明は割愛する。
本実施形態の場合、ソース側の選択ゲートラインSGSとこれに隣接するセルワードラインWL0、および、ドレイン側の選択ゲートラインSGDとこれに隣接するセルワードラインWL31が、それぞれの相互間に“C=n*A+(n−1)B,n≧2の整数”なる距離を有して配置されている。すなわち、第1の実施形態においては、セルワードラインWL0とソース側の選択ゲートラインSGSとの間にのみ、距離“C”を確保するようにした場合について説明した。これに限らず、たとえば、セルワードラインWL31とドレイン側の選択ゲートラインSGDとの間にも、同様に、距離“C”を確保することが可能である。
このような構成のメモリセルアレイ11-1は、たとえば図4に示した工程において、セルワードラインWL31とドレイン側の選択ゲートラインSGDとの間に対応する領域にもダミーのマスクパターン107cを形成する。この後、たとえば図8に示すように、上記ダミーのマスクパターン107cの形成部分にそれぞれ開口部108aが形成されてなるマスクパターン108’を形成する。そして、このマスクパターン108’によって、セルワードラインWL0〜WL31の形成予定領域と選択ゲートラインSGS,SGDの形成予定領域とをマスクするとともに、ダミーのマスクパターン107cをそれぞれエッチングにより除去する。
その後、周知のプロセスを経ることによって、図7に示した構成のメモリセルアレイ11-1が得られる。
これにより、セルワードラインWL0とソース側の選択ゲートラインSGSとの間、および、セルワードラインWL31とドレイン側の選択ゲートラインSGDとの間に、それぞれ、少なくとも距離“C”の確保されたメモリセルアレイ11-1を備えたNAND型フラッシュメモリを構成できる。このような構成のNAND型フラッシュメモリによっても、第1の実施形態に示した構成のNAND型フラッシュメモリとほぼ同様の効果を得ることが可能である。すなわち、ソース側の選択ゲートラインSGSに隣接するセルワードラインWL0に加え、ドレイン側の選択ゲートラインSGDに隣接するセルワードラインWL31についても、データ書き込み動作時に転送される電位によって引き起こされるGIDL電流により、対応するメモリセルMC31の浮遊ゲート電極FGにホットエレクトロンが注入される不良は解消され、データが破壊されるのを防止できる。
また、剥離されるダミーのマスクパターン107cの形成予定領域を除いて、セルワードラインWL0〜WL31の形成予定領域にあるマスクパターン107aは、リソグラフィ技術上、安定したマスク加工のための露光フォーカスマージンが確保されたレジストパターンによって形成される。したがって、セルワードラインWL0〜WL31の幅加工の乱れによる、書き込み/消去後のしきい値(Vth)分布幅の拡大は解消され、歩留りの向上および信頼性の向上に繋がるのは勿論である。
[第3の実施形態]
図9は、本発明の第3の実施形態にしたがった半導体記憶装置の構成例を示すものである。ここでは、選択ゲートラインSGD,SGSを、セルワードラインWL0〜WL31と同じチャネル長(幅)を有してなる構造とした場合について説明する。なお、同図(a)は、NAND型フラッシュメモリを例に、メモリセルアレイ11-2の構成の要部を示す平面図であり、同図(b)は同図(a)のIXB−IXB線に沿う断面図である。また、上述した第2の実施形態と同一の部分には同一符号を付し、詳細な説明は割愛する。
図9は、本発明の第3の実施形態にしたがった半導体記憶装置の構成例を示すものである。ここでは、選択ゲートラインSGD,SGSを、セルワードラインWL0〜WL31と同じチャネル長(幅)を有してなる構造とした場合について説明する。なお、同図(a)は、NAND型フラッシュメモリを例に、メモリセルアレイ11-2の構成の要部を示す平面図であり、同図(b)は同図(a)のIXB−IXB線に沿う断面図である。また、上述した第2の実施形態と同一の部分には同一符号を付し、詳細な説明は割愛する。
本実施形態の場合、セルワードラインWL0〜WL31が、相互間の距離を“A”、幅を“B”として配置されるとともに、選択ゲートラインSGD,SGSが、幅を“B”として、それぞれ隣接するセルワードラインWL0,WL31との間に、少なくとも“C=n*A+(n−1)B,n≧2の整数”の距離を有して配置されている。また、隣り合うブロックBLOCK,BLOCK−1間において、隣接するソース側の選択ゲートラインSGS,SGSが、“C’=n*A+(n−1)B,n≧2の整数”なる距離を有して配置されている。同様に、隣り合うブロックBLOCK,BLOCK+1間において、隣接するドレイン側の選択ゲートラインSGD,SGDが、“C’=n*A+(n−1)B,n≧2の整数”なる距離を有して配置されている。そして、隣接するソース側の選択ゲートラインSGS,SGSの相互間にはソース線コンタクト111が、また、隣接するドレイン側の選択ゲートラインSGD,SGDの相互間にはビット線コンタクト112が、それぞれ配置されている。ソース線コンタクト111およびビット線コンタクト112は、電極間絶縁膜113を貫通するようにして設けられている。また、選択ゲートトランジスタSGD−Tr,SGS−Trの周辺部には、P−Sub100の表面に、ハロー・イオン・インプランテーション法によるP−層114が選択的に形成されている。
すなわち、この第3の実施形態においては、さらに、ビットライン方向に隣り合うNAND型メモリユニットMUの、ソース側の選択ゲートラインSGS,SGS間の距離“C’”およびドレイン側の選択ゲートラインSGD,SGD間の距離“C’”を、それぞれ、セルワードラインWL0〜WL31の幅“B”と、セルワードラインWL0〜WL31間の距離“A”とから、“n*A+(n−1)B”の関係が成り立つように設定したものである。
以下に、上記した構成のメモリセルアレイ11-2を制御性よく形成するためのプロセスについて、図10ないし図13を用いて具体的に説明する。
まず、P型シリコン基板(P−Sub)100の表面部に、周知のイオン注入法と拡散法とによって、n型ウェル(N−Well)101およびp型ウェル(P−Well)102を形成する。次いで、P−Sub100の表面上に、第1のゲート絶縁膜としてのトンネル絶縁膜103を形成する。そのトンネル絶縁膜103上にポリシリコン膜104aを形成した後、第2のゲート絶縁膜として、ゲート間絶縁膜105を形成する。
この後、少なくともセルワードラインWL0〜WL31の形成予定領域を包含する(少なくとも選択ゲートラインSGS,SGDの形成予定領域を開口した)、マスクパターン(図示していない)を形成する。上記マスクパターンをマスクに、選択ゲートラインSGS,SGDの形成予定領域ゲート間絶縁膜105を剥離する。そして、上記レジストパターンを除去した後、再度、ポリシリコン膜104bを形成する。この後、そのポリシリコン膜104b上に、一様にSiN膜を形成する。
次に、このSiN膜上に露光技術によるレジストパターンを形成し、このレジストパターンをマスクにSiN膜をエッチングにより加工して、所望のマスクパターン207を形成する(以上、図10参照)。
この場合、所望のマスクパターン207は、セルワードラインWL0〜WL31の形成予定領域のマスクパターン207aと、選択ゲートラインSGS,SGDの形成予定領域のレジストマスクパターン207bと、ソース側の選択ゲートラインSGSとこれに隣接するセルワードラインWL0との間、ドレイン側の選択ゲートラインSGDとこれに隣接するセルワードラインWL31との間、隣接するソース側の選択ゲートラインSGS,SGS間、および、隣接するドレイン側の選択ゲートラインSGD,SGD間に形成されるダミーのマスクパターン207cとを、それぞれ有して形成されることになる。セルワードラインWL0〜WL31の形成予定領域のマスクパターン207aは、一定のライン&スペースで形成される。マスクパターン207bおよびダミーのマスクパターン207cは、セルワードラインWL0〜WL31と同じライン&スペースで形成される。このように、ダミーのマスクパターン207cを含む、セルワードラインWL0〜WL31の形成予定領域にあるマスクパターン207a、および、選択ゲートラインSGS,SGDの形成予定領域にあるマスクパターン207bは、一定の周期性を保つレジストパターンによって形成される。このため、安定した露光フォーカスマージンを確保でき、より制御性のよいマスクパターン207の形成が可能となる。その結果、上記マスクパターン207を用いて加工されるセルワードラインWL0〜WL31および選択ゲートラインSGS,SGDは、安定した精度のよい寸法を有して形成されることになる。
次に、上記マスクパターン207を含む、上記ポリシリコン膜104b上に、一様にSiN膜を形成する。また、このSiN膜をエッチングにより加工して、所望のマスクパターン208を形成する(以上、図11参照)。このマスクパターン208は、セルワードラインWL0〜WL31の形成予定領域と選択ゲートラインSGS,SGDの形成予定領域とをマスクし、上記ダミーのマスクパターン207cの形成部分のみに開口部208aが形成されている。
次に、上記マスクパターン208をマスクに、ダミーのマスクパターン207cをエッチングにより除去する。
次に、上記マスクパターン208を除去した後、マスクパターン207a,207bをマスクに、ポリシリコン膜104b,104aおよびゲート間絶縁膜105をエッチングにより加工して、メモリセルMC0〜MC31のゲート電極パターン(セルワードラインWL0〜WL31)、および、選択ゲートトランジスタSGD−Tr,SGS−Trのゲート電極パターン(選択ゲートラインSGS,SGD)を形成する。その後、少なくともセルワードラインWL0〜WL31の形成予定領域をカバーするように、所望のマスクパターン209を形成する。そして、上記マスクパターン209をマスクに、p型不純物としてのボロン(B)を、たとえば10KeV、3E12(3×1012)程度のエネルギーで導入して、P−Sub100の表面にP−層114を形成する(以上、図12参照)。
本実施形態の場合、選択ゲートラインSGS,SGDを、セルワードラインWL0〜WL31と同じ幅(同じチャネル長サイズ)で形成するようにしている。このため、メモリセルMC0〜MC31を構成する拡散層(S/D)を、ある程度の濃度の拡散層(P−層114)で包み込むことにより、選択ゲートトランジスタSGD−Tr,SGS−Trのしきい値を深めることができるとともに、所望のカットオフ特性(選択ゲートトランジスタ特性)を得ることが可能となる。つまり、P−層114は、所望の選択ゲートトランジスタ特性を得るために導入された不純物である。
次に、マスクパターン209を除去した後、ソースまたはドレインとなるn型の拡散領域S/Dを形成し、さらに、電極間絶縁膜113を形成する。そして、隣接するソース側の選択ゲートラインSGS,SGS間にソース線コンタクト(たとえば、WSi膜)111を、また、隣接するドレイン側の選択ゲートラインSGD,SGD間にビット線コンタクト(たとえば、WSi膜)112を、それぞれ形成する。また、電極間絶縁膜113の表面部をエッチングにより除去し、ソース線コンタクト111およびビット線コンタクト112の上部を突出させる(以上、図13参照)。
その後、周知のプロセスを経ることによって、図9に示した構成のメモリセルアレイ11-2が得られる。
本実施形態の構成によれば、セルワードラインWL0〜WL31および選択ゲートラインSGS,SGDを、極めて安定した制御性の高い寸法により加工できる。すなわち、セルワードラインWL0〜WL31および選択ゲートラインSGS,SGDを、一定の周期性(ライン&スペース)を有して形成するようにしている。しかも、選択ゲートラインSGS,SGDとセルワードラインWL0,WL31との間に周期性を保ってダミーのマスクパターンを設けることにより、選択ゲートラインSGS,SGDとそれぞれ隣接するセルワードラインWL0,WL31との相互間に、少なくとも距離“C”を確保できる。したがって、データ書き込み動作時に転送される電位によって引き起こされるGIDL電流により、対応するメモリセルMC0,MC31の浮遊ゲート電極FGにホットエレクトロンが注入される不良は解消され、データが破壊されるのを防止できる。
特に、安定したレジストマスク加工のための露光フォーカスマージンが確保されるので、当然ながら歩留りの向上と特性の安定化とが約束される結果、信頼性の向上に加え、製造コストの削減が図れるものである。
[第4の実施形態]
図14は、本発明の第4の実施形態にしたがった半導体記憶装置の構成例を示すものである。ここでは、選択ゲートラインSGD,SGSを、セルワードラインWL0〜WL31と同じチャネル長(幅)を有してなる構造とした場合の、他の構成例について説明する。なお、同図(a)は、NAND型フラッシュメモリを例に、メモリセルアレイ11-3の構成の要部を示す平面図であり、同図(b)は同図(a)のXIVB−XIVB線に沿う断面図である。また、上述した第3の実施形態と同一の部分には同一符号を付し、詳細な説明は割愛する。
図14は、本発明の第4の実施形態にしたがった半導体記憶装置の構成例を示すものである。ここでは、選択ゲートラインSGD,SGSを、セルワードラインWL0〜WL31と同じチャネル長(幅)を有してなる構造とした場合の、他の構成例について説明する。なお、同図(a)は、NAND型フラッシュメモリを例に、メモリセルアレイ11-3の構成の要部を示す平面図であり、同図(b)は同図(a)のXIVB−XIVB線に沿う断面図である。また、上述した第3の実施形態と同一の部分には同一符号を付し、詳細な説明は割愛する。
本実施形態の場合、セルワードラインWL0〜WL31が、相互間の距離を“A”、幅を“B”として配置されるとともに、選択ゲートラインSGD,SGSが、幅を“B”として、それぞれ隣接するセルワードラインWL0,WL31との間に、少なくとも“C=n*A+(n−1)B,n≧2の整数”の距離を有して配置されている。また、隣り合うブロックBLOCK,BLOCK−1間において、隣接するソース側の選択ゲートラインSGS,SGS間に、ダミーの選択ゲートライン(コンタクトホール形成用ストッパー膜となるポリシリコン配線層)D−SGS,D−SGSが設けられ、このダミーの選択ゲートラインD−SGS,D−SGS間に、ソース線コンタクト111が配置されている。同様に、隣り合うブロックBLOCK,BLOCK+1間において、隣接するドレイン側の選択ゲートラインSGD,SGD間に、ダミーの選択ゲートラインD−SGD,D−SGDが設けられ、このダミーの選択ゲートラインD−SGD,D−SGD間に、ビット線コンタクト112が配置されている。ソース線コンタクト111およびビット線コンタクト112は、電極間絶縁膜113を貫通するようにして設けられている。また、選択ゲートトランジスタSGD−Tr,SGS−Trの周辺部には、P−Sub100の表面に、ハロー・イオン・インプランテーション法によるP−層114が選択的に形成されている。
すなわち、NAND型メモリユニットMUにおいて、セルワードラインWL0〜WL31、選択ゲートラインSGD,SGS、および、ダミーの選択ゲートラインD−SGD,D−SGSは、一定の周期性(ライン&スペース)を有して形成され、かつ、選択ゲートラインSGS,SGDとセルワードラインWL0,WL31との間に周期性を保ってダミーのマスクパターンを設けることにより、選択ゲートラインSGS,SGDとそれぞれ隣接するセルワードラインWL0,WL31との相互間に、少なくとも距離“C”が確保されている。
以下に、上記した構成のメモリセルアレイ11-3を制御性よく形成するためのプロセスについて、図15ないし図18を用いて具体的に説明する。
まず、たとえば図10に示したように、ポリシリコン膜104b上のSiN膜上に露光技術によりレジストパターンを形成し、このレジストパターンによりSiN膜をエッチング加工して、一定の周期性を有するマスクパターン307を形成する。このマスクパターン307は、同一パターンからなる、セルワードラインWL0〜WL31の形成予定領域のマスクパターン307aと、選択ゲートラインSGS,SGDの形成予定領域のマスクパターン307bと、ソース側の選択ゲートラインSGSとこれに隣接するセルワードラインWL0との間およびドレイン側の選択ゲートラインSGDとこれに隣接するセルワードラインWL31との間にそれぞれ形成されるダミーのマスクパターン307cと、ビット線コンタクト112の形成予定領域およびソース線コンタクト111の形成予定領域のマスクパターン307dとを、それぞれ有して形成されることになる。
ここまでの工程を経た後、上記マスクパターン307を含む、上記ポリシリコン膜104上に、一様にSiN膜を形成する。
次に、このSiN膜をエッチングにより加工して、所望のマスクパターン308を形成する(以上、図15参照)。このマスクパターン308は、セルワードラインWL0〜WL31の形成予定領域とソース線コンタクト111の形成予定領域とビット線コンタクト112の形成予定領域とをマスクし、上記ダミーのマスクパターン307cの形成部分のみに開口部308aが形成されている。
次に、上記マスクパターン308をマスクに、ダミーのマスクパターン307cをエッチングにより除去する。また、上記マスクパターン308を除去した後、マスクパターン307a,307b,307dをマスクに、ポリシリコン膜104およびゲート間絶縁膜105をエッチングにより加工して、メモリセルMC0〜MC31のゲート電極パターン(セルワードラインWL0〜WL31)、選択ゲートトランジスタSGD−Tr,SGS−Trのゲート電極パターン(選択ゲートラインSGS,SGD)、および、ダミーの選択ゲートラインD−SGS,D−SGDを形成する(以上、図16参照)。
その後、少なくともセルワードラインWL0〜WL31の形成予定領域、ソース線コンタクト111の形成予定領域およびビット線コンタクト112の形成予定領域をカバーするように、所望のマスクパターン309を形成する。そして、上記マスクパターン309をマスクに、p型不純物としてのボロン(B)を、たとえば10KeV、3E12(3×1012)程度のエネルギーで導入して、P−Sub100の表面に、選択ゲートトランジスタSGD−Tr,SGS−Trのしきい値を深めるためのP−層114を形成する(以上、図17参照)。
次に、マスクパターン309を除去した後、ソースまたはドレインとなるn型の拡散領域S/Dを形成し、さらに、電極間絶縁膜113を形成する。そして、その電極間絶縁膜113上に、ソース線コンタクト111およびビット線コンタクト112を形成するための、ホールパターンが開口された電極間絶縁パターン310を形成する。この後、上記電極間絶縁パターン310をマスクに電極間絶縁膜113をエッチングし、コンタクトホール113aを形成する(以上、図18参照)。この場合、ビット線コンタクト112の形成予定領域およびソース線コンタクト111の形成予定領域の、ダミーの選択ゲートラインD−SGD,D−SGSおよびマスクパターン307dが、コンタクトホール形成用ストッパー膜として機能する。これによって、コンタクトホール113aは、ダミーの選択ゲートラインD−SGD,D−SGSおよびレジストパターン307dにより自己整合で微細なパターンとして形成される。つまり、コンタクトホール113aの形成は、オーバーエッチングにより確実に形成できる。したがって、未開口によるコンタクト不良は皆無となり、歩留りの向上に寄与する。
次に、コンタクトホール113a内にそれぞれWSi膜を埋め込み、ダミーの選択ゲートラインD−SGS,D−SGS間のソース線コンタクト111、および、ダミーの選択ゲートラインD−SGD,D−SGD間のビット線コンタクト112を、それぞれ形成する。
そして、上記電極間絶縁パターン310を除去した後、周知のプロセスを経ることによって、図14に示した構成のメモリセルアレイ11-3が得られる。
本実施形態の構成とした場合、セルワードラインWL0〜WL31および選択ゲートラインSGS,SGDを、極めて安定した制御性の高い寸法により加工できるとともに、選択ゲートラインSGS,SGDとそれぞれ隣接するセルワードラインWL0,WL31との相互間に、少なくとも距離“C”を確保することが可能となる。したがって、データ書き込み動作時に転送される電位によって引き起こされるGIDL電流により、対応するメモリセルMC0,MC31の浮遊ゲート電極FGにホットエレクトロンが注入される不良は解消され、データが破壊されるのを防止できる。
しかも、安定したマスク加工のための露光フォーカスマージンが確保されるので、ビット線コンタクトの形成に関しても、安定した形成が可能となり、歩留りの向上と信頼性の向上とが図れるものである。
なお、セルワードラインと同じ配線ピッチにより形成された選択ゲートライン(上記した第3および第4の実施形態)の場合、隣接する複数のポリシリコン配線層を接続し、1つの選択ゲートラインとして利用することも可能である。
上述した各実施形態においては、NAND型フラッシュメモリに適用した場合を例に説明したが、セルワードラインの本数など、NAND型フラッシュメモリの構成に関しては、各実施形態の構成に限定されるものでないことは勿論である。
また、ゲート間絶縁膜はONO膜に限らず、アルミナ(Al2 O3 )などからなる高誘電体膜であってもよい。
また、電荷蓄積層はポリシリコン膜を用いた浮遊ゲート電極でなくてもよく、MONOS型不揮発性半導体記憶装置のようにシリコン窒化膜を用いたものであってもよい。
また、NAND型フラッシュメモリに限らず、たとえば複数のセルワードラインが極めて狭ピッチで配置された、各種の半導体記憶装置に同様に適用できる。
また、隣接する複数のダミーのマスクパターンを除去することによって、選択ゲートラインとこれに隣接するセルワードラインとの間に所望の距離“C”を確保するようにしてもよい。
その他、本願発明は、上記(各)実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。さらに、上記(各)実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出され得る。たとえば、(各)実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題(の少なくとも1つ)が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果(の少なくとも1つ)が得られる場合には、その構成要件が削除された構成が発明として抽出され得る。
11,11-1,11-2,11-3…メモリセルアレイ、111…ソース線コンタクト、112…ビット線コンタクト、MC0〜MC31…メモリセル、WL0〜WL31…セルワードライン、SGD−Tr,SGS−Tr…選択ゲートトランジスタ、SGD,SGS…選択ゲートライン、D−SGD,D−SGS…ダミーの選択ゲートライン。
Claims (5)
- ドレイン側の選択ゲートトランジスタとソース側の選択ゲートトランジスタとの相互間に、制御ゲートと電荷蓄積層とからなる積層ゲート構造を有する所定個のメモリセルが配置されたメモリユニットを有するメモリセルアレイと、
前記メモリユニットの、前記所定個のメモリセルの前記制御ゲートにそれぞれ接続された複数のワードラインと、
前記メモリユニットの、前記ソース側の選択ゲートトランジスタのゲートに接続されたソース側の選択ゲートラインと、
を具備した半導体記憶装置であって、
前記複数のワードライン間の各ピッチを“A”、前記複数のワードラインのそれぞれの幅を“B”としたとき、少なくとも前記ソース側の選択ゲートラインと、このソース側の選択ゲートラインに隣接するワードラインとの間の距離“C”が、“n*A+(n−1)B,n≧2の整数”とされてなることを特徴とする半導体記憶装置。 - さらに、前記ドレイン側の選択ゲートラインと、このドレイン側の選択ゲートラインに隣接するワードラインとの間の距離“C”が、“n*A+(n−1)B,n≧2の整数”とされてなることを特徴とする請求項1に記載の半導体記憶装置。
- 前記ソース側の選択ゲートラインおよび前記ドレイン側の選択ゲートラインは、それぞれの幅が“B”とされ、
前記ソース側の選択ゲートラインから“A”だけ離れた位置にはソース線コンタクトが、また、前記ドレイン側の選択ゲートラインから“A”だけ離れた位置にはビット線コンタクトが、それぞれ配置されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体記憶装置。 - 前記ソース側の選択ゲートラインおよび前記ドレイン側の選択ゲートラインは、それぞれの幅が“B”とされ、
前記ソース側の選択ゲートラインから“A”だけ離れた位置にはダミーのゲートラインが設けられ、このダミーのゲートラインに対して自己整合によりソース線コンタクトが、また、前記ドレイン側の選択ゲートラインから“A”だけ離れた位置にはダミーのゲートラインが設けられ、このダミーのゲートラインに対して自己整合によりビット線コンタクトが、それぞれ配置されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体記憶装置。 - 選択ゲートトランジスタの選択ゲートラインが形成される第1の領域と、この第1の領域に隣接し複数のメモリセルトランジスタのワードラインが形成される第2の領域とを有する半導体基板上に、ゲート絶縁膜、第1のポリシリコン膜、第2のポリシリコン膜を順次形成する工程と、
前記第1の領域の前記第2のポリシリコン膜上に第1のマスクパターンと形成し、前記第2の領域の前記第2のポリシリコン膜上に一定の幅と間隔で複数の第2のマスクパターンを形成する工程と、
前記第1のマスクパターンに隣接する第2のマスクパターンを除去する工程と、
前記第1のマスクパターンおよび除去されたマスクパターンを除く前記第2のマスクパターンをマスクに、前記第1および第2のポリシリコンをエッチング除去し、前記第1の領域にて前記選択ゲートトランジスタのゲート電極を、前記第2の領域にて前記複数のメモリセルトランジスタのゲート電極を形成する工程と
を具備したことを特徴とする半導体記憶装置の製造方法。
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