JP2011018755A - 不揮発性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】集積度の向上、かつコストの低減を図ることが可能な不揮発性半導体記憶装置およびその製造方法を提供する。
【解決手段】不揮発性半導体記憶装置は、複数の拡散層を含む半導体基板10と、前記半導体基板上に形成された第1メモリ膜15と、前記第1メモリ膜上に形成された複数の第1ゲート電極WL1および第1選択ゲート電極SG1と、複数の前記第1ゲート電極および前記第1選択ゲート電極上に形成された第2メモリ膜24と、前記第2メモリ膜上に形成された第1半導体層25と、前記第1半導体層上に形成された第3メモリ膜30と、前記第3メモリ膜上に形成された複数の第2ゲート電極WL2および第2選択ゲート電極SG2と、を具備する。
【選択図】図1
【解決手段】不揮発性半導体記憶装置は、複数の拡散層を含む半導体基板10と、前記半導体基板上に形成された第1メモリ膜15と、前記第1メモリ膜上に形成された複数の第1ゲート電極WL1および第1選択ゲート電極SG1と、複数の前記第1ゲート電極および前記第1選択ゲート電極上に形成された第2メモリ膜24と、前記第2メモリ膜上に形成された第1半導体層25と、前記第1半導体層上に形成された第3メモリ膜30と、前記第3メモリ膜上に形成された複数の第2ゲート電極WL2および第2選択ゲート電極SG2と、を具備する。
【選択図】図1
Description
本発明は、3次元に積層されたNAND型の不揮発性半導体記憶装置およびその製造方法に関する。
半導体装置は、加工寸法の縮小によって高集積化、高密度化されてきている。不揮発性半導体記憶装置も同様である。しかし、不揮発性半導体記憶装置において、メモリセルのセルサイズの加工寸法をさらに縮小することはプロセスおよびデバイス設計上の制約から次第に困難になってきている。この問題を解決する1つの対策が半導体装置の3次元化である。
3次元の不揮発性半導体記憶装置としては、例えば従来の平面型のNANDセルを複数積層したものがある(例えば、特許文献1参照)。この不揮発性半導体記憶装置は、チャネルとなる基板上に第1のNANDセルが形成され、この第1のNANDセル上に再びチャネルが形成され、この上に第2のNANDセルが形成される。このような従来の第1および第2のNANDセルの製造方法は、チャネルとなる基板を形成する工程と、基板にビット線方向に沿った素子分離領域としてのSTIを形成する工程と、基板上にメモリ膜を形成する工程と、メモリ膜上にゲート電極を形成する工程と、ゲート電極をワード線方向に沿って加工してワード線を形成する工程とを含む。すなわち、ビット線方向に沿ったSTIの形成およびワード線の形成において、それぞれフォトリソグラフィエッチングプロセス(以下、PEPと称す)が行われる。したがって、1段のNANDセルを形成するために2回のPEPが行われる。このため、3次元の不揮発性半導体記憶装置において、NANDセルの段数を増やすことによりPEP回数も増大し、製造コストが高騰するという問題が生じる。
本発明は、集積度の向上、かつコストの低減を図ることが可能な不揮発性半導体記憶装置およびその製造方法を提供する。
本発明の第1の視点による不揮発性半導体記憶装置は、複数の拡散層を含む半導体基板と、前記半導体基板上に形成された第1メモリ膜と、前記第1メモリ膜上に形成された複数の第1ゲート電極および第1選択ゲート電極と、複数の前記第1ゲート電極および前記第1選択ゲート電極上に形成された第2メモリ膜と、前記第2メモリ膜上に形成された第1半導体層と、前記第1半導体層上に形成された第3メモリ膜と、前記第3メモリ膜上に形成された複数の第2ゲート電極および第2選択ゲート電極と、を具備し、前記半導体基板内の前記複数の拡散層と前記第1メモリ膜と前記第1ゲート電極とで第1メモリセルトランジスタを構成し、前記第1ゲート電極と前記第2メモリ膜と前記第1半導体層で第2メモリセルトランジスタを構成し、前記第1半導体層と前記第3メモリ膜と前記第2ゲート電極とで第3メモリセルトランジスタを構成し、前記半導体基板内の前記複数の拡散層と前記第1選択ゲート電極とで第1選択トランジスタを構成し、前記第1半導体層と前記第2選択ゲート電極とで第2選択トランジスタを構成する。
本発明の第2の視点による不揮発性半導体記憶装置の製造方法は、複数の拡散層を含む半導体基板を形成し、前記半導体基板上に、第1メモリ膜を形成し、前記第1メモリ膜上に、複数の第1ゲート電極および第1選択ゲート電極を形成し、複数の前記第1ゲート電極および前記第1選択ゲート電極上に、第2メモリ膜を形成し、前記第2メモリ膜上に、第1半導体層を形成し、前記第1半導体層上に、第3メモリ膜を形成し、前記第3メモリ膜上に、複数の第2ゲート電極および第2選択ゲート電極を形成し、前記半導体基板内の前記複数の拡散層と前記第1メモリ膜と前記第1ゲート電極とで第1メモリセルトランジスタを構成し、前記第1ゲート電極と前記第2メモリ膜と前記第1半導体層で第2メモリセルトランジスタを構成し、前記第1半導体層と前記第3メモリ膜と前記第2ゲート電極とで第3メモリセルトランジスタを構成し、前記半導体基板内の前記複数の拡散層と前記第1選択ゲート電極とで第1選択トランジスタを構成し、前記第1半導体層と前記第2選択ゲート電極とで第2選択トランジスタを構成する。
本発明によれば、集積度の向上、かつコストの低減を図ることが可能な不揮発性半導体記憶装置およびその製造方法を提供できる。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、図面において、同一部分には同一の符号を付す。
<第1の実施形態>
第1の実施形態は、MONOS(Metal Oxide Nitride Oxide Semiconductor)構造を有する平面型のNANDセルを積層した3次元の不揮発性半導体記憶装置であり、ワード線に対して上下にメモリセルトランジスタを形成することで、製造工程におけるPEPの回数を減らしてコストの低減を図る例である。
第1の実施形態は、MONOS(Metal Oxide Nitride Oxide Semiconductor)構造を有する平面型のNANDセルを積層した3次元の不揮発性半導体記憶装置であり、ワード線に対して上下にメモリセルトランジスタを形成することで、製造工程におけるPEPの回数を減らしてコストの低減を図る例である。
[1.構造]
図1(a)は不揮発性半導体記憶装置のビット線に沿った断面図を示し、図1(b)は不揮発性半導体記憶装置のワード線に沿った断面図を示している。図1を用いて本実施形態における不揮発性半導体記憶装置の構造について説明する。
図1(a)は不揮発性半導体記憶装置のビット線に沿った断面図を示し、図1(b)は不揮発性半導体記憶装置のワード線に沿った断面図を示している。図1を用いて本実施形態における不揮発性半導体記憶装置の構造について説明する。
図1(a)および(b)に示す不揮発性半導体記憶装置は、3つのNANDセルを含んでいる。第1NANDセルは、半導体基板10、第1メモリ膜15、第1ドレイン側選択ゲート電極SGD1、第1ワード線WL1、および第1ソース側選択ゲート電極SGS1で構成されている。第2NANDセルは、第1ドレイン側選択ゲート電極SGD1、第1ワード線WL1、第1ソース側選択ゲート電極SGS1、第2メモリ膜24、および第1半導体層25で構成されている。第3NANDセルは、第1半導体層25、第3メモリ膜30、第2ドレイン側選択ゲート電極SGD2、第2ワード線WL2、第2ソース側選択ゲート電極SGS2で構成されている。ビット線BL、およびソース線SLは、第1、第2、第3NANDセルに共有されている。
具体的には、図1(a)に示すように、半導体基板10内に、不純物拡散層S/Dが形成されている。この不純物拡散層S/Dは、半導体基板10がP型基板である場合、N型の不純物拡散層である。また、図1(b)に示すように、半導体基板10には、素子分離領域としてのSTI11が形成されている。このSTI11は、ビット線BL間に形成され、各ビット線BLを分離する。
半導体基板10上に、第1メモリ膜15が形成されている。この第1メモリ膜15は、トンネル絶縁膜12、チャージトラップ膜13、およびブロック絶縁膜14で構成されている。トンネル絶縁膜12は、例えばシリコン酸化膜であり、半導体基板10上に形成されている。チャージトラップ膜13は、例えばシリコン窒化膜であり、トンネル絶縁膜12上に形成されている。ブロック絶縁膜14は、例えばシリコン酸化膜であり、チャージトラップ膜13上に形成されている。
第1メモリ膜15上に、例えばポリシリコン、金属または金属珪化物で構成される第1ドレイン側選択ゲート電極SGD1、複数の第1ワード線WL1、および第1ソース側選択ゲート電極SGS1が形成されている。複数の第1ワード線WL1は、第1ドレイン側選択ゲート電極SGD1と第1ソース側選択ゲート電極SGS1との間に形成されている。すなわち、複数の第1ワード線WL1の一方の端部に第1ドレイン側選択ゲート電極SGD1が形成され、他方の端部に第1ソース側選択ゲート電極SGS1が形成されている。これら第1ドレイン側選択ゲート電極SGD1、複数の第1ワード線WL1、および第1ソース側選択ゲート電極SGS1はそれぞれ、ビット線に沿った断面において、第1メモリ膜15上に形成された絶縁膜20によって、電気的に分離されている。半導体基板10、第1メモリ膜15、および複数の第1ワード線WL1でそれぞれ複数の第1メモリセルトランジスタMT1が構成されている。
第1ドレイン側選択ゲート電極SGD1、複数の第1ワード線WL1、および第1ソース側選択ゲート電極SGS1上に、第2メモリ膜24が形成されている。この第2メモリ膜24は、ブロック絶縁膜21、チャージトラップ膜22、およびトンネル絶縁膜23で構成されている。ブロック絶縁膜21は、第1ドレイン側選択ゲート電極SGD1、複数の第1ワード線WL1、および第1ソース側選択ゲート電極SGS1上に形成されている。チャージトラップ膜22は、ブロック絶縁膜21上に形成されている。トンネル絶縁膜23は、チャージトラップ膜22上に形成されている。すなわち、第2メモリ膜24は、第1メモリ膜15と逆の構造を有する。また、第2メモリ膜24を構成する材料は、第1メモリ膜15と同様でよい。
第2メモリ膜24上に、第1半導体層25が形成されている。この第1半導体層25は、例えばn-型の半導体であり、不純物濃度が1×1020/cm3以下である。すなわち、例えば半導体基板10内のN型不純物拡散層S/Dの不純物濃度より低く設定されている。この第1半導体層25の不純物濃度は、セルの閾値が低くなりすぎないように設定され、第1半導体層25の膜厚とも関係する。第1半導体層25を薄くするほど、閾値が上がりセルトランジスタの電流が小さくなる。一方、第1半導体層25の不純物濃度を濃くするほど、閾値が下がりセルトランジスタの電流が大きくなる。このため、第1半導体層25の不純物濃度および膜厚は、閾値とセルトランジスタの電流とのバランスが良い条件に設定される。このとき、第1半導体層25の膜厚は、例えば50nm以下である。
また、図1(b)に示すように、第1半導体層25には、STI26が形成されて、各ビット線BLが分離される。複数の第1ワード線WL1、第2メモリ膜24、および第1半導体層25でそれぞれ複数の第2メモリセルトランジスタMT2が構成されている。この第2メモリセルトランジスタMT2は、第1メモリセルトランジスタMT1の逆積みの構造である。
第1半導体層25上に、第3メモリ膜30が形成されている。この第3メモリ膜30は、トンネル絶縁膜27、チャージトラップ膜28、およびブロック絶縁膜29で構成されている。トンネル絶縁膜27は、第1半導体層25上に形成されている。チャージトラップ膜28は、トンネル絶縁膜27上に形成されている。ブロック絶縁膜29は、チャージトラップ膜28上に形成されている。すなわち、第3メモリ膜30は、第1メモリ膜15と同様の構造を有する。また、第3メモリ膜30を構成する材料は、第1メモリ膜15と同様でよい。
第3メモリ膜30上に、第2ドレイン側選択ゲート電極SGD2、複数の第2ワード線WL2、および第2ソース側選択ゲート電極SGS2が形成されている。複数の第2ワード線WL2、および第2ソース側選択ゲート電極SGS2は、第1ドレイン側選択ゲート電極SGD1、複数の第1ワード線WL1、および第1ソース側選択ゲート電極SGS1
と同様の間隔で配置されている。第1半導体層25、第3メモリ膜30、および複数の第2ワード線WL2でそれぞれ複数の第3メモリセルトランジスタMT3が構成されている。この第3メモリセルトランジスタMT3は、第1メモリセルトランジスタMTと同様の構造である。
と同様の間隔で配置されている。第1半導体層25、第3メモリ膜30、および複数の第2ワード線WL2でそれぞれ複数の第3メモリセルトランジスタMT3が構成されている。この第3メモリセルトランジスタMT3は、第1メモリセルトランジスタMTと同様の構造である。
ここで、複数の第2ワード線WL2は、ビット線に沿った方向において、複数の第1ワード線WL1に対してハーフピッチ分(隣接した2つの第1ワード線WL1の中心間距離の半分、例えば40nm)ずれて形成されていることが望ましい。このように、第1半導体層25の上下に形成される第2ワード線WL2と第1ワード線WL1とをハーフピッチ分ずらして距離を大きくすることにより、第2ワード線WL2と第1ワード線WL1との間の相互干渉が低減できる。また、この相互干渉の問題は、第2ワード線WL2と第1ワード線WL1との間の距離を十分大きく(ハーフピッチ分以上に)すれば解消される。このため、第2ワード線WL2と第1ワード線WL1との間に形成される第1半導体層25がハーフピッチ分の膜厚を有すれば、第2ワード線WL2と第1ワード線WL1とがずれずに同様の位置に配置されてもよい。第2ドレイン側選択ゲート電極SGD2、複数の第2ワード線WL2、および第2ソース側選択ゲート電極SGS2は、第3メモリ膜30上の全面に形成された絶縁膜35によって、覆われている。
絶縁膜35、第3メモリ膜30、第1半導体層25、第2メモリ膜24、絶縁膜20、および第1メモリ膜15内に一括して、コンタクトプラグ36および37が形成されている。コンタクトプラグ36の一方は、第1ソース側選択ゲート電極SGS1側の不純物拡散層S/Dに接続され、コンタクトプラグ36の他方は、ソース線SLに接続されている。また、コンタクトプラグ36の中央部は、第1半導体層25に電気的に接続されている。コンタクトプラグ37の一方は、第1ドレイン側選択ゲート電極SGD1側の不純物拡散層S/Dに接続され、コンタクトプラグ37の他方は、ビット線BLに接続されている。また、コンタクトプラグ37の中央部は、第1半導体層25に電気的に接続されている。
[2.製造方法]
図2(a)乃至図12(a)は不揮発性半導体記憶装置の製造工程のビット線に沿った断面図を示し、図2(b)乃至図12(b)は本実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置の製造工程のワード線に沿った断面図を示している。図2(a)および(b)乃至図12(a)および(b)を用いて本実施形態における不揮発性半導体記憶装置の製造方法について説明する。
図2(a)乃至図12(a)は不揮発性半導体記憶装置の製造工程のビット線に沿った断面図を示し、図2(b)乃至図12(b)は本実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置の製造工程のワード線に沿った断面図を示している。図2(a)および(b)乃至図12(a)および(b)を用いて本実施形態における不揮発性半導体記憶装置の製造方法について説明する。
まず、図2(a)および(b)に示すように、半導体基板10表面にフォトリソグラフィおよびRIE(Reactive Ion Etching)により、ビット線BL方向に沿ってSTIとなる溝11’が形成される。これを1PEPとする。また、半導体基板(シリコン基板)10に図示せぬ例えばP型ウェルが形成される。
次に、図3(a)および(b)に示すように、溝11’に絶縁膜が埋め込まれてSTI11が形成された後、半導体基板10上にトンネル絶縁膜12、チャージトラップ膜13およびブロック絶縁膜14が順に形成される。これにより、第1メモリ膜15が形成される。その後、第1メモリ膜15上に、電極層16が形成される。
次に、図4(a)および(b)に示すように、電極層16上に、積層マスクとして例えばシリコン窒化膜17、シリコン酸化膜18、有機膜19が順に形成され、その後フォトリソグラフィによりパターン19’が形成される。
次に、図5(a)および(b)に示すように、RIEにより電極層16がワード線方向に沿って加工される。これにより、第1ドレイン側選択ゲート電極SGD1、複数の第1ワード線WL1、および第1ソース側選択ゲート電極SGS1が形成される。これを2PEPとする。
なお、図6に示すように、ブロック絶縁膜14、チャージトラップ膜13またはトンネル絶縁膜12まで加工されてもよい。チャージトラップ膜13まで加工されることにより、ビット線BL方向に隣接したセル間での電荷の移動を抑制することができる。
次に、図7(a)および(b)に示すように、第1ドレイン側選択ゲート電極SGD1、複数の第1ワード線WL1、および第1ソース側選択ゲート電極SGS1の間における半導体基板10内に、不純物イオンが注入され、不純物拡散層S/Dが形成される。この不純物拡散層S/Dは、半導体基板10がP型である場合、N型のドーパントが注入されることで形成される。
次に、図8(a)および(b)に示すように、第1ドレイン側選択ゲート電極SGD1、複数の第1ワード線WL1、第1ソース側選択ゲート電極SGS1、および第1メモリ膜15の全面に絶縁膜20が形成され、その後、第1ドレイン側選択ゲート電極SGD1、複数の第1ワード線WL1、および第1ソース側選択ゲート電極SGS1上が平坦化される。これにより、第1ドレイン側選択ゲート電極SGD1、複数の第1ワード線WL1、および第1ソース側選択ゲート電極SGS1の間に絶縁膜20が埋め込まれ、第1ドレイン側選択ゲート電極SGD1、複数の第1ワード線WL1、および第1ソース側選択ゲート電極SGS1はそれぞれ分離される。
次に、図9(a)および(b)に示すように、第1ドレイン側選択ゲート電極SGD1、複数の第1ワード線WL1、第1ソース側選択ゲート電極SGS1、および絶縁膜20上に、ブロック絶縁膜21、チャージトラップ膜22、およびトンネル絶縁膜23が順に形成される。これにより、第2メモリ膜24が形成される。次に、第2メモリ膜24上に、第1半導体層25が形成される。この第1半導体層25は、例えばCVD法、スパッタリングまたはスピンコートで形成されるn-型の半導体である。
次に、図10(a)および(b)に示すように、第1半導体層25表面にフォトリソグラフィおよびRIEにより、ビット線BL方向に沿ってSTIとなる溝26’が形成される。これを3PEPとする。
次に、図11(a)および(b)に示すように、溝26’に絶縁膜が埋め込まれてSTI26が形成された後、第1半導体層25上にトンネル絶縁膜27、チャージトラップ膜28およびブロック絶縁膜29が順に形成される。これにより、第3メモリ膜30が形成される。その後、第3メモリ膜30上に、電極層31が形成される。
次に、図12(a)および(b)に示すように、電極層31上に、積層マスクとして例えばシリコン窒化膜32、シリコン酸化膜33、有機膜34が順に形成され、その後フォトリソグラフィによりパターン34’が形成される。このパターン34’は、図4におけるパターン19’に対して、ビット線BL方向にハーフピッチ分(隣接した2つの第1ワード線WL1の中心間距離の半分)ずれて形成されることが望ましい。
次に、図13(a)および(b)に示すように、RIEにより電極層31がワード線方向に沿って加工される。これにより、第2ドレイン側選択ゲート電極SGD2、複数の第2ワード線WL2、および第2ソース側選択ゲート電極SGS2が形成される。これを4PEPとする。このとき、第2ドレイン側選択ゲート電極SGD2、複数の第2ワード線WL2、および第2ソース側選択ゲート電極SGS2はそれぞれ、第1ドレイン側選択ゲート電極SGD1、複数の第1ワード線WL1、および第1ソース側選択ゲート電極SGS1に対して、ビット線BL方向にハーフピッチ分ずれて形成される。ここで、選択ゲート電極SG1と選択ゲート電極SG2とがずれないようにそれぞれ別々のマスクを用いて形成されることが望ましい。または、選択ゲート電極SG1および選択ゲート電極SG2のゲート長を十分に大きくすることでオーバーラップ部分が大きくなるように形成されることが望ましい。なお、ブロック絶縁膜29、チャージトラップ膜28またはトンネル絶縁膜27まで加工されてもよい。
次に、図1に示すように、第2ドレイン側選択ゲート電極SGD2、複数の第2ワード線WL2、第2ソース側選択ゲート電極SGS2、および第3メモリ膜30の全面に絶縁膜35が形成される。次に、ソース側選択ゲート電極SGS側において、絶縁膜35、第3メモリ膜30、第1半導体層25、第2メモリ膜24、絶縁膜20、および第1メモリ膜15が一括加工されて不純物拡散層S/Dまで達する図示せぬ溝が形成される。この溝にコンタクトプラグ36が形成され、その後ソース線SLが形成される。次に、再び全面に絶縁膜35と同様の絶縁膜が形成され、ドレイン側選択ゲート電極SGD側において、同様に一括加工されて不純物拡散層S/Dまで達する図示せぬ溝が形成される。この溝にコンタクトプラグ37が形成され、その後ビット線BLが形成される。このようにして、本実施形態における不揮発性半導体記憶装置が形成される。
[3.デバイス動作]
図14乃至図21は、本実施形態における不揮発性半導体記憶装置の動作方法について示している。図14乃至図21を用いて本実施形態における不揮発性半導体記憶装置の動作方法について説明する。ここで説明に際し、図14において、本実施形態における不揮発性半導体記憶装置の各部を以下のように称す。
図14乃至図21は、本実施形態における不揮発性半導体記憶装置の動作方法について示している。図14乃至図21を用いて本実施形態における不揮発性半導体記憶装置の動作方法について説明する。ここで説明に際し、図14において、本実施形態における不揮発性半導体記憶装置の各部を以下のように称す。
第1ドレイン側チャネルSGDc1:第1ドレイン側選択ゲート電極SGD1の下側の半導体基板10に形成されるチャネル。
第2ドレイン側チャネルSGDc2:第2ドレイン側選択ゲート電極SGD2の下側の第1半導体層25に形成されるチャネル。
第1ソース側チャネルSGSc1:第1ソース側選択ゲート電極SGD1の下側の半導体基板10に形成されるチャネル。
第2ソース側チャネルSGSc2:第2ソース側選択ゲート電極SGD2の下側の第1半導体層2510に形成されるチャネル。
第1メモリセルトランジスタMT11〜1n:複数の第1メモリセルトランジスタMT1。
第2メモリセルトランジスタMT21〜2n:複数の第2メモリセルトランジスタMT2。
第3メモリセルトランジスタMT31〜3n:複数の第3メモリセルトランジスタMT3。
第1ワード線WL11〜1n:複数の第1ワード線WL1。
第2ワード線WL21〜2n:複数の第2ワード線WL2。
ここで、第1ドレイン側チャネルSGDc1と第1ドレイン側選択ゲート電極SGD1とからなる第1ドレイン側選択トランジスタSDT1および第1ソース側チャネルSGDc1と第1ソース側選択ゲート電極SGD1とからなる第1ソース側選択トランジスタSST1は、n−チャネルのエンハンスメント型トランジスタ(E−typeトランジスタ)であり、閾値電圧は例えば0Vより大きい。一方、第2ドレイン側チャネルSGDc2と第2ドレイン側選択ゲート電極SGD2とからなる第2ドレイン側選択トランジスタSDT2および第2ソース側チャネルSGDc2と第2ソース側選択ゲート電極SGD2とからなる第2ソース側選択トランジスタSST2は、n−チャネルのディプレッション型トランジスタ(D−typeトランジスタ)であり、閾値電圧は例えば0Vより小さい。
また、図14に示すように、書き込み、読み出し、消去時に、第1ワード線WL11〜1n、第2ワード線WL21〜2n、第1ドレイン側選択ゲート電極SGD1、第1ソース側選択ゲート電極SGS1、第2ドレイン側選択ゲート電極SGD2、および第2ソース側選択トランジスタSGS2に印加される電圧は、例えば制御回路100により制御される。
[3−1.チャネル制御]
図15(a)および(b)は、各チャネルの制御において、第1ドレイン側選択ゲート電極SGD1、第2ドレイン側選択ゲート電極SGD2、第1ソース側選択ゲート電極SGD1、および第2ソース側選択ゲート電極SGD2に印加される電圧の一例を示している。図15(a)および(b)を用いて各チャネルの制御動作について説明する。
図15(a)および(b)は、各チャネルの制御において、第1ドレイン側選択ゲート電極SGD1、第2ドレイン側選択ゲート電極SGD2、第1ソース側選択ゲート電極SGD1、および第2ソース側選択ゲート電極SGD2に印加される電圧の一例を示している。図15(a)および(b)を用いて各チャネルの制御動作について説明する。
図15(a)に示すように、第1ドレイン側チャネルSGDc1のみをオンにし、第2ドレイン側チャネルSGDc2をオフにする場合、第1ドレイン側選択ゲート電極SGD1にVddが印加され、第2ドレイン側選択ゲート電極SGD2にVb2が印加される。これらVddおよびVb2について、以下に説明する。
第1ドレイン側選択トランジスタSDT1はE−typeトランジスタであるため、閾値は0Vより大きい。このため、第1ドレイン側チャネルSGDc1をオンにするために、第1ドレイン側選択ゲート電極SGD1に、第1ドレイン側選択トランジスタSDT1の閾値よりも十分に大きい正の電圧Vddが印加される。すなわち、第1ドレイン側チャネルSGDc1は、ビット線電圧0Vのもとで第1ドレイン側選択ゲート電極SGD1にVddが印加されることでオンされる。
しかし、この第1ドレイン側選択ゲート電極SGD1は、第2ドレイン側チャネルSGDc2にも影響を与える。すなわち、第2ドレイン側選択トランジスタSDT2はD−typeトランジスタであるため、閾値は0Vより小さく、第1ドレイン側選択ゲート電極SGD1に正の電圧Vddが印加されると、第2ドレイン側チャネルSGDc2もオンされてしまう。そこで、第2ドレイン側選択ゲート電極SGD2に、第2ドレイン側選択トランジスタSDT2の閾値が見かけ上Vddよりも大きくなるような負の電圧Vb2が印加される。すなわち、第2ドレイン側チャネルSGDc2は、第2ドレイン側選択ゲート電極SGD2に、Vb2が印加されることでオフされる。このように、第2ドレイン側選択ゲート電極SGD2は、第2ドレイン側チャネルSGDc2に対してバックゲートとして機能する。
なお、第1ドレイン側選択トランジスタSDT1と第2ドレイン側選択トランジスタSDT2とは、ハーフピッチ分(例えば40nm)ずれて形成されているが、第1ドレイン側選択トランジスタSDT1および第2ドレイン側選択トランジスタSDT2は、例えば150nmの幅であるため、オーバーラップしているゲート長分でバックゲート効果を得ることができる。
第2ドレイン側チャネルSGDc2のみをオンにし、第1ドレイン側チャネルSGDc1をオフにする場合、第1ドレイン側選択ゲート電極SGD1を0Vにし、第2ドレイン側選択ゲート電極SGD2にVccが印加される。このVccについて、以下に説明する。
第2ドレイン側選択トランジスタSDT2の閾値は、0Vより小さい。このため、第2ドレイン側チャネルSGDc2をオンにするために、第2ドレイン側選択ゲート電極SGD2に、第2ドレイン側選択トランジスタSDT2の閾値よりも十分に大きい電圧Vccが印加される。すなわち、第2ドレイン側チャネルSGDc2は、ビット線電圧0Vのもとで第2ドレイン側選択ゲート電極SGD2にVccが印加されることでオンされる。ここで、第2ドレイン側選択トランジスタSDT2の閾値は0Vより小さいため、VccはVddほど高くする必要はない。第1ドレイン側選択トランジスタSDT1の閾値は0Vより大きいため、第1ドレイン側選択ゲート電極SGD1を0Vにすることで、第1ドレイン側チャネルSGDc1はオフされる。
第1ドレイン側チャネルSGDc1および第2ドレイン側チャネルSGDc2をオフにする場合、第1ドレイン側選択ゲート電極SGD1にVb1が印加され、第2ドレイン側選択ゲート電極SGD2にVb2が印加される。
このとき、すべてのドレイン側選択トランジスタSDTの閾値以下の電圧を各ドレイン側選択ゲート電極SGDに印加すればよいが、第2ドレイン側チャネルSGDc2を確実にオフさせるために、第2ドレイン側選択ゲート電極SGD2に負の電圧Vb2が印加されることが望ましい。また、第1ドレイン側選択ゲート電極SGD1は0Vとしてもよいが、第1ドレイン側チャネルSGDc1を確実にオフさせるために、負の電圧Vb1が印加されることが望ましい。ここで、第1ドレイン側選択トランジスタSDT1の閾値は第2ドレイン側選択トランジスタSDT2の閾値より大きいため、Vb1はVb2ほど低くする必要はない。
上述したように、本実施形態におけるデバイスでは、チャネルを挟んで上下のドレイン側選択ゲート電極SGDに印加される電圧は、ドレイン側選択ゲート電極SGDの上下のチャネル両方に影響を及ぼす。このため、1つのチャネルのオン/オフに対しては、上下のドレイン側選択ゲート電極SGDの電圧を連動させて制御する必要がある。
一方、1つのNANDセルにおいて、ドレイン側選択ゲート電極SGDの動作に対するソース側選択ゲート電極SGS特性の影響、およびソース側選択ゲート電極SGSの動作に対するドレイン側選択ゲート電極SGD特性の影響はともにない。このため、ドレイン側選択ゲート電極SGDとソース側選択ゲート電極SGSとは、独立に考えることができる。すなわち、図15(b)に示すように、第1ソース側チャネルSGSc1および第2ソース側チャネルSGSc2の制御動作は、上記第1ドレイン側チャネルSGDc1および第2ドレイン側チャネルSGDc2と同様に行うことができる。
[3−2.書き込み動作]
図16(a)および(b)は、各メモリセルトランジスタへデータを書き込む場合における、各チャネルのオン/オフおよび第1ワード線WL11〜1n、第2ワード線WL21〜2nに印加される電圧の一例を示している。図16を用いて書き込み動作について説明する。
図16(a)および(b)は、各メモリセルトランジスタへデータを書き込む場合における、各チャネルのオン/オフおよび第1ワード線WL11〜1n、第2ワード線WL21〜2nに印加される電圧の一例を示している。図16を用いて書き込み動作について説明する。
図16(a)および(b)に示すように、第1メモリセルトランジスタMT11〜1nの少なくとも1つに書き込む場合、ビット線BL電圧およびソース線SL電圧は0Vに固定した状態で、第1ドレイン側チャネルSGDcのみをオンにし、他のチャネルをオフにする。この状態で、第2ワード線WL21〜2nをフローティングにし、第1メモリセルトランジスタMT11〜1nの非書き込み対象セル(非選択セル)の第1ワード線WL11〜1n(非選択WL1)にVpassが印加され、第1メモリセルトランジスタMT11〜1nの書き込み対象セル(選択セル)の第1ワード線WL11〜1n(選択WL1)にプログラム電圧Vpgmが印加される。Vpassは非選択セルをわずかに導通させる電圧であり、Vpgmは正の高電圧(例えば20V)である。
このとき、第1ドレイン側チャネルSGDc1がオンであるため、第1メモリセルトランジスタMT11〜1nのチャネルにビット線BL電圧の0Vが転送される。一方、第2ドレイン側チャネルSGDc2がオフであるため、第2メモリセルトランジスタMT21〜2nのチャネルはフローティングとなる。したがって、第2メモリセルトランジスタMT21〜2nのチャネルは、第1ワード線WL11〜1nに印加される電圧VpgmまたはVpassにブーストされるため、第2メモリセルトランジスタMT21〜2nは書き込まれない。
また、第2メモリセルトランジスタMT21〜2nの少なくとも1つに書き込む場合、ビット線BL電圧およびソース線SL電圧は0Vに固定した状態で、第2ドレイン側チャネルSGDcのみをオンにし、他のチャネルをオフにする。この状態で、第2ワード線WL21〜2nをフローティングにし、第1メモリセルトランジスタMT11〜1nの非書き込み対象セル(非選択セル)の第1ワード線WL11〜1n(非選択WL1)にVpassが印加され、第1メモリセルトランジスタMT11〜1nの書き込み対象セル(選択セル)の第1ワード線WL11〜1n(選択WL1)にプログラム電圧Vpgmが印加される。
すなわち、書き込み動作においては、書き込み対象のNANDセルのドレイン側選択トランジスタをオンにし、非書き込み対象のNANDセルのドレイン側選択トランジスタをオフにする。さらに、書き込み対象のNANDセルの選択セルに属するワード線WLにVpgmが印加され、非選択セルに属するワード線WLにVpassが印加され、非書き込み対象のNANDセルのワード線WLはフローティングとされる。このようにして、書き込み対象の選択セルの書き込みを行うことができる。
第3メモリセルトランジスタMT31〜3nに書き込む場合も上記方法と同様に行うことができる。
[3−3.読み出し動作]
図17は、各メモリセルトランジスタからデータを読み出す場合における、各チャネルのオン/オフおよび第1ワード線WL11〜1n、第2ワード線WL21〜2nに印加される電圧の一例を示している。図17を用いて読み出し動作について説明する。
図17は、各メモリセルトランジスタからデータを読み出す場合における、各チャネルのオン/オフおよび第1ワード線WL11〜1n、第2ワード線WL21〜2nに印加される電圧の一例を示している。図17を用いて読み出し動作について説明する。
図17に示すように、第1メモリセルトランジスタMT11〜1nの少なくとも1つを読み出す場合、ビット線BL電圧をVbl(例えば0.5V)、ソース線SL電圧を0Vに固定した状態で、第1ドレイン側チャネルSGDc1および第1ソース側チャネルSGSc1のみをオンにし、他のチャネルをオフにする。この状態で、第2ワード線WL21〜2nをフローティングにし、第1メモリセルトランジスタMT11〜1nの非読み出し対象セル(非選択セル)の第1ワード線WL11〜1n(非選択WL1)にVreadが印加され、第1メモリセルトランジスタMT11〜1nの読み出し対象セル(選択セル)の第1ワード線WL11〜1n(選択WL1)にVsenceが印加される。ここで、Vreadは各トランジスタの閾値より大きい値であり、Vsenceは各トランジスタのチャネルをわずかに導通させる程度の値である。すなわち、VreadはVsenceより大きい。
また、第2メモリセルトランジスタMT21〜2nの少なくとも1つを読み出す場合、ビット線BL電圧をVbl(例えば0.5V)、ソース線SL電圧を0Vに固定した状態で、第2ドレイン側チャネルSGDc2および第2ソース側チャネルSGSc2のみをオンにし、他のチャネルをオフにする。この状態で、第1メモリセルトランジスタMT11〜1nの非読み出し対象セル(非選択セル)の第1ワード線WL11〜1n(非選択WL1)にVreadが印加され、第1メモリセルトランジスタMT11〜1nの読み出し対象セル(選択セル)の第1ワード線WL11〜1n(選択WL1)にVsenceが印加される。このとき、第3メモリセルトランジスタMT31〜3nの状態によりチャネル抵抗が変動することを抑制するため、第2ワード線WL21〜2nにVreadが印加されることが望ましい。
すなわち、読み出し動作においては、読み出し対象のNANDセルのドレイン側選択トランジスタおよびソース側選択トランジスタをオンにし、非読み出し対象のNANDセルのドレイン側選択トランジスタおよびソース側選択トランジスタをオフにする。さらに、読み出し対象のNANDセルの選択セルに属するワード線WLにVreadが印加され、非選択セルに属するワード線WLにVsenceが印加され、非読み出し対象のNANDセルのワード線WLはフローティングとされる。このとき、読み出し対象のNANDセルと同一のチャネルを共有する非読み出し対象のNANDセルに属するワード線WLにVreadが印加される。このようにして、読み出し対象の選択セルの読み出しを行うことができる。
第3メモリセルトランジスタMT31〜3nに読み出す場合も上記方法と同様に行うことができる。
[3−4.消去動作]
図18は、各メモリセルトランジスタの消去における第1ワード線WL11〜1n、第2ワード線WL21〜2nに印加される電圧の一例を示している。図18を用いて消去動作について説明する。
図18は、各メモリセルトランジスタの消去における第1ワード線WL11〜1n、第2ワード線WL21〜2nに印加される電圧の一例を示している。図18を用いて消去動作について説明する。
消去動作は、全ての選択トランジスタSDT、SSTがフローティング状態として行われる。また、消去動作は、ワード線WLを共有する2つのNANDセルごとに一斉消去される。すなわち、第1ワード線WL11〜1nを有する第1メモリセルトランジスタMT11〜1nおよび第2メモリセルトランジスタMT21〜2nは、同時に消去される。しかし、元々、フラッシュメモリはブロックごとに消去されるため、あらかじめデータをストアしておき、消したくないセルは再び書き込むという動作も可能である。
図18に示すように、全てのメモリセルトランジスタMTが消去される場合、第1ワード線WL11〜1nおよび第2ワード線WL21〜2nを0Vに固定した状態で、ビット線BL電圧により、P−Wellに正の消去電圧Veraが印加される。このVeraは、正の高電圧(例えば20V)である。
また、第1メモリセルトランジスタMT11〜1nおよび第2メモリセルトランジスタMT21〜2nが消去される場合、第1ワード線WL11〜1nを0Vに固定し、第2ワード線WL21〜2nをフローティング状態で、P−Wellに正の電圧Veraが印加される。
すなわち、消去動作においては、全ての選択トランジスタSDT、SSTをフローティング状態にする。さらに、消去対象のNANDセルのワード線WLを0Vに固定し、非消去対象のNANDセルのワード線WLをフローティング状態にして、P−Wellに正の電圧Veraが印加される。このようにして、消去対象のNANDセルの消去を行うことができる。
[4.効果]
上記第1の実施形態によれば、1つのワード線WL1の上下に、互いに逆積みの構造を有し、ワード線WL1を共有する第1メモリセルトランジスタMT1および第2メモリセルトランジスタMT2が形成されている。このため、2つのワード線WL1およびワード線WL2に対して3つの第1メモリセルトランジスタMT1乃至第3メモリセルトランジスタMT3が形成されている。このような3次元の不揮発性半導体記憶装置は、半導体基板10上に、第1メモリ膜15、第1ワード線WL1、第2メモリ膜24、第1半導体層25、第3メモリ膜30および第2ワード線WL2が順に積層されることで形成される。この製造工程においては4回のPEPが行われ、第1乃至第3メモリセルトランジスタMT1乃至3が形成される。すなわち、従来は1つのNANDセルに対して2PEPでるため3つのNANDセルに対して6PEP必要となるが、本実施形態によれば4PEPとすることができる。したがって、集積度の向上を図る3次元の不揮発性半導体記憶装置において、製造工程におけるPEP回数を減らすことができ、製造コストを大幅に低減することができる。
上記第1の実施形態によれば、1つのワード線WL1の上下に、互いに逆積みの構造を有し、ワード線WL1を共有する第1メモリセルトランジスタMT1および第2メモリセルトランジスタMT2が形成されている。このため、2つのワード線WL1およびワード線WL2に対して3つの第1メモリセルトランジスタMT1乃至第3メモリセルトランジスタMT3が形成されている。このような3次元の不揮発性半導体記憶装置は、半導体基板10上に、第1メモリ膜15、第1ワード線WL1、第2メモリ膜24、第1半導体層25、第3メモリ膜30および第2ワード線WL2が順に積層されることで形成される。この製造工程においては4回のPEPが行われ、第1乃至第3メモリセルトランジスタMT1乃至3が形成される。すなわち、従来は1つのNANDセルに対して2PEPでるため3つのNANDセルに対して6PEP必要となるが、本実施形態によれば4PEPとすることができる。したがって、集積度の向上を図る3次元の不揮発性半導体記憶装置において、製造工程におけるPEP回数を減らすことができ、製造コストを大幅に低減することができる。
また、第1ワード線WL1を第1メモリセルトランジスタMT1および第2メモリセルトランジスタMT2で共通化することにより、書き込み、読み出し時のディスターブが問題になる。しかし、本実施形態によれば、第2ドレイン側選択ゲート電極SGD2を第2ドレイン側チャネルSGDc2に対してバックゲートとして機能させることで、第2ドレイン側選択トランジスタSDT2の閾値を制御する。また、同様に第2ソース側選択トランジスタSGS2を第2ソース側チャネルSGSc2に対してバックゲートとして機能させることで、第2ソース側選択トランジスタSST2の閾値を制御する。これにより、書き込み、読み出し時のディスターブの問題を解消できる。
<第2の実施形態>
第1の実施形態は、2層のワード線WLに対して、3層のメモリセルトランジスタが積層された例であった。これに対し、第2の実施形態は、3層以上のワード線WLに対して、5層以上のメモリセルトランジスタが積層された3次元の不揮発性半導体記憶装置の例である。なお、第2の実施形態において、第1の実施形態と同様の点については説明を省略し、異なる点について詳説する。
第1の実施形態は、2層のワード線WLに対して、3層のメモリセルトランジスタが積層された例であった。これに対し、第2の実施形態は、3層以上のワード線WLに対して、5層以上のメモリセルトランジスタが積層された3次元の不揮発性半導体記憶装置の例である。なお、第2の実施形態において、第1の実施形態と同様の点については説明を省略し、異なる点について詳説する。
[1.構造]
図19(a)は不揮発性半導体記憶装置のビット線に沿った断面図を示し、図19(b)は不揮発性半導体記憶装置のワード線に沿った断面図を示している。図19を用いて本実施形態における不揮発性半導体記憶装置の構造について説明する。
図19(a)は不揮発性半導体記憶装置のビット線に沿った断面図を示し、図19(b)は不揮発性半導体記憶装置のワード線に沿った断面図を示している。図19を用いて本実施形態における不揮発性半導体記憶装置の構造について説明する。
図19(a)および(b)に示すように、第1の実施形態と異なる点は、第2ドレイン側選択ゲート電極SGD2、第2ワード線WL2、第2ソース側選択ゲート電極SGS2上に第4メモリ膜39、第2半導体層40、第5メモリ膜45が順に形成され、第5メモリ膜45上に第3ドレイン側選択ゲート電極SGD3、第3ワード線WL3、第3ソース側選択ゲート電極SGS3が形成されている点である。すなわち、第2ドレイン側選択ゲート電極SGD2、第2ワード線WL2、第2ソース側選択ゲート電極SGS2、第4メモリ膜39、および第2半導体層40で第4NANDセルが構成され、第2半導体層40、第5メモリ膜45、第3ドレイン側選択ゲート電極SGD3、第3ワード線WL3、および第3ソース側選択ゲート電極SGS3で第5NANDセルが構成されている。また、複数の第2ワード線WL2、第4メモリ膜39、および第2半導体層40でそれぞれ複数の第4メモリセルトランジスタMT4が構成され、第2半導体層40、第5メモリ膜45、複数の第3ワード線WL3でそれぞれ複数の第5メモリセルトランジスタMT5が構成されている。
ここで、複数の第3ワード線WL3は、ビット線に沿った方向において、複数の第2ワード線WL2に対してハーフピッチ分(隣接した2つの第2ワード線WL2の中心間距離の半分、例えば40nm)ずれて形成されていることが望ましい。
また、絶縁膜50、第5メモリ膜45、第2半導体層40、第4メモリ膜39、絶縁膜35、第3メモリ膜30、第1半導体層25、第2メモリ膜24、絶縁膜20、および第1メモリ膜15内に一括して、コンタクトプラグ51および52が形成されている。これらコンタクトプラグ51および52はそれぞれソース線SLと各トランジスタ、およびビット線BLと各トランジスタとを電気的に接続している。
[2.製造方法]
図20(a)乃至図25(a)は不揮発性半導体記憶装置のビット線方向における製造工程の断面図を示し、図20(b)乃至図25(b)は本実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置のワード線方向における製造工程の断面図を示している。図20(a)および(b)乃至図25(a)および(b)を用いて本実施形態における不揮発性半導体記憶装置の製造方法について説明する。
図20(a)乃至図25(a)は不揮発性半導体記憶装置のビット線方向における製造工程の断面図を示し、図20(b)乃至図25(b)は本実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置のワード線方向における製造工程の断面図を示している。図20(a)および(b)乃至図25(a)および(b)を用いて本実施形態における不揮発性半導体記憶装置の製造方法について説明する。
まず、第1の実施形態における図2乃至図13の工程が行われる。
次に、図20(a)および(b)に示すように、第2ドレイン側選択ゲート電極SGD2、複数の第2ワード線WL2、第2ソース側選択ゲート電極SGS2、および第2メモリ膜25の全面に絶縁膜20が形成され、その後、第2ドレイン側選択ゲート電極SGD2、複数の第2ワード線WL2、および第2ソース側選択ゲート電極SGS2上が平坦化される。
次に、図21(a)および(b)に示すように、第2ドレイン側選択ゲート電極SGD2、複数の第2ワード線WL2、第2ソース側選択ゲート電極SGS2、および絶縁膜35上に、ブロック絶縁膜36、チャージトラップ膜37、およびトンネル絶縁膜38が順に形成される。これにより、第4メモリ膜39が形成される。次に、第3メモリ膜39上に、第2半導体層40が形成される。この第2半導体層40は、第1半導体層25と同様にn-型の半導体である。
次に、図22(a)および(b)に示すように、第2半導体層40表面にフォトリソグラフィおよびRIEにより、ビット線BL方向に沿ってSTIとなる溝41’が形成される。これを5PEPとする。
次に、図23(a)および(b)に示すように、溝41’に絶縁膜が埋め込まれてSTI41が形成された後、第3半導体層40上にトンネル絶縁膜42、チャージトラップ膜43およびブロック絶縁膜44が順に形成される。これにより、第5メモリ膜45が形成される。その後、第5メモリ膜45上に、電極層46が形成される。
次に、図24(a)および(b)に示すように、電極層46上に、積層マスクとして例えばシリコン窒化膜47、シリコン酸化膜48、有機膜49が順に形成され、その後フォトリソグラフィによりパターン49’が形成される。このパターン49’は、図12におけるパターン34’に対して、ビット線BL方向にハーフピッチ分(隣接した2つの第2ワード線WL2の中心間距離の半分)ずれて形成されることが望ましい。
次に、図25(a)および(b)に示すように、RIEにより電極層46がワード線方向に沿って加工される。これにより、第3ドレイン側選択ゲート電極SGD3、複数の第3ワード線WL3、および第3ソース側選択ゲート電極SGS3が形成される。これを6PEPとする。このとき、第3ドレイン側選択ゲート電極SGD3、複数の第3ワード線WL3、および第3ソース側選択ゲート電極SGS3はそれぞれ、第2ドレイン側選択ゲート電極SGD2、複数の第2ワード線WL2、および第2ソース側選択ゲート電極SGS2に対して、ビット線BL方向にハーフピッチ分ずれて形成される。
次に、図19に示すように、第3ドレイン側選択ゲート電極SGD3、複数の第3ワード線WL3、第2ソース側選択ゲート電極SGS3、および第5メモリ膜45の全面に絶縁膜50が形成される。次に、ソース側選択ゲート電極SGS側において、絶縁膜50、第5メモリ膜45、第2半導体層40、第4メモリ膜39、絶縁膜35、第3メモリ膜30、第1半導体層25、第2メモリ膜24、絶縁膜20、および第1メモリ膜15が一括加工されて不純物拡散層S/Dまで達する図示せぬ溝が形成される。この溝にコンタクトプラグ51が形成され、その後ソース線SLが形成される。次に、再び全面に絶縁膜50と同様の絶縁膜が形成され、ドレイン側選択ゲート電極SGD側において、同様に一括加工されて不純物拡散層S/Dまで達する図示せぬ溝が形成される。この溝にコンタクトプラグ52が形成され、その後ビット線BLが形成される。このようにして、本実施形態における不揮発性半導体記憶装置が形成される。
なお、上述したような製造方法は、ワード線WLが4層以上に構成された3次元の不揮発性半導体記憶装置においては、同様に繰り返すことで適用可能である。
[3.デバイス動作]
図26乃至図30は、本実施形態における不揮発性半導体記憶装置の動作方法について示している。図26乃至図30を用いて本実施形態における不揮発性半導体記憶装置の動作方法について説明する。ここで説明に際し、第1の実施形態に加えて、図26において本実施形態における不揮発性半導体記憶装置の各部をさらに以下のように称す。
図26乃至図30は、本実施形態における不揮発性半導体記憶装置の動作方法について示している。図26乃至図30を用いて本実施形態における不揮発性半導体記憶装置の動作方法について説明する。ここで説明に際し、第1の実施形態に加えて、図26において本実施形態における不揮発性半導体記憶装置の各部をさらに以下のように称す。
第3ドレイン側チャネルSGDc3:第3ドレイン側選択ゲート電極SGD3の下側の第2半導体層40に形成されるチャネル。
第3ソース側チャネルSGSc3:第3ソース側選択ゲート電極SGD3の下側の第2半導体層40に形成されるチャネル。
第4メモリセルトランジスタMT41〜4n:複数の第4メモリセルトランジスタMT4。
第5メモリセルトランジスタMT51〜5n:複数の第5メモリセルトランジスタMT5。
第3ワード線WL31〜3n:複数の第3ワード線WL3。
ここで、第3ドレイン側チャネルSGDc3と第3ドレイン側選択ゲート電極SGD3とからなる第3ドレイン側選択トランジスタSDT3および第3ソース側チャネルSGDc3と第3ソース側選択ゲート電極SGD3とからなる第3ソース側選択トランジスタSST3は、n−チャネルのディプレッション型トランジスタであり、閾値電圧は0Vより小さい。また、第3ソース側選択トランジスタSST3の特性は、第2ソース側選択トランジスタSST2と同等である。
また、図26に示すように、書き込み、読み出し、消去時に、第3ワード線WL31〜3n、第3ドレイン側選択ゲート電極SGD3、および第3ソース側選択ゲート電極SGS3に印加される電圧は、例えば制御回路100により制御される。
[3−1.チャネル制御]
図27(a)および(b)は、各チャネルの制御において、第1ドレイン側選択ゲート電極SGD1、第2ドレイン側選択ゲート電極SGD2、第1ソース側選択ゲート電極SGD1、第2ソース側選択ゲート電極SGD2、第3ドレイン側選択ゲート電極SGD3、および第3ドレイン側選択ゲート電極SGD3に印加される電圧の一例を示している。図27(a)および(b)を用いて各チャネルの制御動作について説明する。
図27(a)および(b)は、各チャネルの制御において、第1ドレイン側選択ゲート電極SGD1、第2ドレイン側選択ゲート電極SGD2、第1ソース側選択ゲート電極SGD1、第2ソース側選択ゲート電極SGD2、第3ドレイン側選択ゲート電極SGD3、および第3ドレイン側選択ゲート電極SGD3に印加される電圧の一例を示している。図27(a)および(b)を用いて各チャネルの制御動作について説明する。
図27(a)に示すように、第1ドレイン側チャネルSGDc1のみをオンさせて、第2ドレイン側チャネルSGDc2および第3ドレイン側チャネルSGDc3をオフにする場合、第1ドレイン側選択ゲート電極SGD1にVddが印加され、第2ドレイン側選択ゲート電極SGD2にVb2が印加され、第3ドレイン側選択ゲート電極SGD3を0Vにする。
ここで、VddおよびVb2は、第1の実施形態と同様の大きさであり、同様に機能する。したがって、第1ドレイン側チャネルSGDc1はオンされ、第2ドレイン側チャネルSGDc2はオフされる。
しかし、第2ドレイン側選択ゲート電極SGD2は、第3ドレイン側チャネルSGDc3にも影響を与える。これにより、第3ドレイン側選択トランジスタSDT3の閾値が見かけ上Vddよりも大きくなるため、第3ドレイン側選択ゲート電極SGD3を0Vにすることで、第3ドレイン側チャネルSGDc3はオフされる。
また、第2ドレイン側チャネルSGDc2のみをオンさせて、第1ドレイン側チャネルSGDc1および第3ドレイン側チャネルSGDc3をオフにする場合、第1ドレイン側選択ゲート電極SGD1を0Vにし、第2ドレイン側選択ゲート電極SGD2にVccが印加され、第3ドレイン側選択ゲート電極SGD3にVb3が印加される。
第1ドレイン側選択トランジスタSDT1の閾値は0Vより大きいため、第1ドレイン側選択ゲート電極SGD1を0Vにすることで、第1ドレイン側チャネルSGDc1はオフされる。第2ドレイン側チャネルSGDc2は、第2ドレイン側選択ゲート電極SGD2にVccが印加されることでオンされる。
しかし、この第2ドレイン側選択ゲート電極SGD2は、第3ドレイン側チャネルSGDc3にも影響を与える。すなわち、第3ドレイン側選択トランジスタSDT2はD−typeトランジスタであるため、閾値は0Vより小さく、第2ドレイン側選択ゲート電極SGD2に正の電圧Vccが印加されると、第3ドレイン側チャネルSGDc3もオンされてしまう。そこで、第3ドレイン側選択ゲート電極SGD3に、第3ドレイン側選択トランジスタSDT3の閾値が見かけ上Vccよりも大きくなるような負の電圧Vb3が印加される。すなわち、第3ドレイン側チャネルSGDc3は、第3ドレイン側選択ゲート電極SGD3に、Vb3が印加されることでオフされる。このVb3は、Vb2と同等の大きさでよい。このように、第3ドレイン側選択ゲート電極SGD3は、第3ドレイン側チャネルSGDc3に対してバックゲートとして機能する。
また、第3ドレイン側チャネルSGDc3のみをオンさせて、第1ドレイン側チャネルSGDc1および第2ドレイン側チャネルSGDc2をオフにする場合、第1ドレイン側選択ゲート電極SGD1をVb1が印加され、第2ドレイン側選択ゲート電極SGD2を0Vにし、第3ドレイン側選択ゲート電極SGD3にVccが印加される。
第3ドレイン側チャネルSGDc3は、第3ドレイン側選択ゲート電極SGD3にVccが印加されることでオンされる。
このとき、第2ドレイン側選択ゲート電極SGD2は0Vでなければならない。このため、第2ドレイン側チャネルSGDc2を確実にオフにするため、第2ドレイン側選択トランジスタSDT2の閾値を0V以上に引き上げる必要がある。そこで、第1ドレイン側選択ゲート電極SGD1に、第2ドレイン側選択トランジスタSDT2の閾値が見かけ上0Vよりも大きくなるような負の電圧Vb1が印加される。すなわち、第2ドレイン側チャネルSGDc2は、第1ドレイン側選択ゲート電極SGD1に、Vb1が印加されることでオフされる。このように、第1ドレイン側選択ゲート電極SGD1は、第2ドレイン側チャネルSGDc2に対してバックゲートとして機能する。
一方、図27(b)に示すように、第1ソース側チャネルSGSc1、第2ソース側チャネルSGSc2および第3ソース側チャネルSGSc3の制御動作は、上記第1ドレイン側チャネルSGDc1、第2ドレイン側チャネルSGDc2および第3ドレイン側チャネルSGDc3と同様に行うことができる。
[3−2.書き込み動作]
図28(a)および(b)は、各メモリセルトランジスタへの書き込みにおいて、各チャネルのオン/オフおよび第1ワード線WL11〜1n、第2ワード線WL21〜2n、第3ワード線WL31〜3nに印加される電圧の一例を示している。本実施形態における書き込み動作は、第1の実施形態の原理を適用することで行うことができる。
図28(a)および(b)は、各メモリセルトランジスタへの書き込みにおいて、各チャネルのオン/オフおよび第1ワード線WL11〜1n、第2ワード線WL21〜2n、第3ワード線WL31〜3nに印加される電圧の一例を示している。本実施形態における書き込み動作は、第1の実施形態の原理を適用することで行うことができる。
すなわち、書き込み動作においては、書き込み対象のNANDセルのドレイン側選択トランジスタをオンにし、非書き込み対象のNANDセルのドレイン側選択トランジスタをオフにする。さらに、書き込み対象のNANDセルの選択セルに属するワード線WLにVpgmが印加され、非選択セルに属するワード線WLにVpassが印加され、非書き込み対象のNANDセルのワード線WLはフローティングとされる。このようにして、書き込み対象の選択セルの書き込みを行うことができる。
例えば、図28に示すように、第4メモリセルトランジスタMT41〜4nに書き込む場合、ビット線BL電圧およびソース線SL電圧は0Vに固定した状態で、第3ドレイン側チャネルSGDc3のみをオンにし、他のチャネルをオフにする。この状態で、第1ワード線WL11〜1nおよび第3ワード線WL31〜3nをフローティングにし、第4メモリセルトランジスタMT41〜4nの書き込み非対象セル(非選択セル)の第2ワード線WL11〜1n(非選択WL2)にVpassが印加され、第4メモリセルトランジスタMT41〜4nの書き込み対象セル(選択セル)の第2ワード線WL21〜2n(選択WL2)にプログラム電圧Vpgmが印加される。
第5メモリセルトランジスタMT51〜5nに書き込む場合も上記方法と同様に行うことができる。
[3−3.読み出し動作]
図29は、各メモリセルトランジスタの読み出しにおいて、各チャネルのオン/オフおよび第1ワード線WL11〜1n、第2ワード線WL21〜2n、第3ワード線WL31〜3nに印加される電圧の一例を示している。本実施形態における読み出し動作は、第1の実施形態の原理を適用することで行うことができる。
図29は、各メモリセルトランジスタの読み出しにおいて、各チャネルのオン/オフおよび第1ワード線WL11〜1n、第2ワード線WL21〜2n、第3ワード線WL31〜3nに印加される電圧の一例を示している。本実施形態における読み出し動作は、第1の実施形態の原理を適用することで行うことができる。
すなわち、読み出し動作においては、読み出し対象のNANDセルのドレイン側選択トランジスタおよびソース側選択トランジスタをオンにし、非読み出し対象のNANDセルのドレイン側選択トランジスタおよびソース側選択トランジスタをオフにする。さらに、読み出し対象のNANDセルの選択セルに属するワード線WLにVreadが印加され、非選択セルに属するワード線WLにVsenceが印加され、非読み出し対象のNANDセルのワード線WLはフローティングとされる。このようにして、読み出し対象の選択セルの読み出しを行うことができる。
例えば、図29に示すように、第4メモリセルトランジスタMT41〜4nを読み出す場合、ビット線BL電圧をVbl(例えば0.5V)、ソース線SL電圧を0Vに固定した状態で、第3ドレイン側チャネルSGDc3および第3ソース側チャネルSGSc3のみをオンにし、他のチャネルをオフにする。この状態で、第1ワード線WL11〜1nおよび第3ワード線WL31〜3nをフローティングにし、第4メモリセルトランジスタMT41〜4nの読み出し非対象セル(非選択セル)の第2ワード線WL21〜2n(非選択WL2)にVreadが印加され、第4メモリセルトランジスタMT41〜4nの読み出し対象セル(選択セル)の第2ワード線WL21〜2n(選択WL2)にVsenceが印加される。また、第5メモリセルトランジスタMT51〜5nの状態によりチャネル抵抗が変動することを抑制するため、第3ワード線WL31〜3nにVreadが印加されることが望ましい。
第5メモリセルトランジスタMT51〜5nを読み出す場合も上記方法と同様に行うことができる。
[3−4.消去動作]
図30は、各メモリセルトランジスタの消去における第1ワード線WL11〜1n、第2ワード線WL21〜2nに印加される電圧の一例を示している。本実施形態における読み出し動作は、第1の実施形態の原理を適用することで行うことができる。
図30は、各メモリセルトランジスタの消去における第1ワード線WL11〜1n、第2ワード線WL21〜2nに印加される電圧の一例を示している。本実施形態における読み出し動作は、第1の実施形態の原理を適用することで行うことができる。
すなわち、消去動作においては、全ての選択トランジスタSDT、SSTをフローティング状態にする。さらに、消去対象のNANDセルのワード線WLを0Vに固定し、非消去対象のNANDセルのワード線WLをフローティング状態にして、P−Wellに正の電圧Veraが印加される。このようにして、消去対象のNANDセルの消去を行うことができる。
例えば、図30に示すように、全てのメモリセルトランジスタMTが消去される場合、第1ワード線WL11〜1n、第2ワード線WL21〜2nおよび第3ワード線WL31〜3nを0Vに固定した状態で、ビット線BL電圧により、P−Wellに正の電圧Veraが印加される。
また、第3メモリセルトランジスタMT31〜3nおよび第4メモリセルトランジスタMT41〜4nが消去される場合、第2ワード線WL21〜2nを0Vに固定し、第1ワード線WL11〜1nおよび第3ワード線WL31〜3nをフローティング状態にして、P−Wellに正の電圧Veraが印加される。
なお、上述したようなデバイスの動作方法は、ワード線WLが4層以上に構成された3次元の不揮発性半導体記憶装置においても適用可能である。
[4.効果]
上記第2の実施形態によれば、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。
上記第2の実施形態によれば、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。
また、本実施形態における不揮発性半導体記憶装置では、3層以上のワード線WLに対して、5層以上のメモリセルトランジスタが積層された3次元構造を有している。これにより、さらなる集積度の向上を図ることができる。
<第3の実施形態>
第1および第2の実施形態は、2つの上下メモリセルトランジスタに対して、1つの選択ゲート電極が形成された例であった。これに対し、第3の実施形態は、2つの上下メモリセルトランジスタに対して、2つの選択ゲート電極が形成される例である。なお、第3の実施形態において、第1の実施形態と同様の点については説明を省略し、異なる点について詳説する。
第1および第2の実施形態は、2つの上下メモリセルトランジスタに対して、1つの選択ゲート電極が形成された例であった。これに対し、第3の実施形態は、2つの上下メモリセルトランジスタに対して、2つの選択ゲート電極が形成される例である。なお、第3の実施形態において、第1の実施形態と同様の点については説明を省略し、異なる点について詳説する。
[1.構造]
図31は、本実施形態における不揮発性半導体記憶装置の断面図を示している。図31を用いて本実施形態における不揮発性半導体記憶装置の構造について説明する。
図31は、本実施形態における不揮発性半導体記憶装置の断面図を示している。図31を用いて本実施形態における不揮発性半導体記憶装置の構造について説明する。
図31に示すように、第1の実施形態と異なる点は、第1ドレイン側選択ゲート電極SGD1および第1ソース側選択ゲート電極SGS1の半導体基板10に垂直方向の中央部に絶縁層53が形成されている点である。すなわち、第1ドレイン側選択ゲート電極SGD1は第1ドレイン側下部選択ゲート電極SGD1a、絶縁層53および第1ドレイン側上部選択ゲート電極SGD1bで構成され、第1ソース側選択ゲート電極SGS1は第1ソース側下部選択ゲート電極SGS1a、絶縁層53および第1ソース側上部選択ゲート電極SGS1bで構成されている。
これら第1ドレイン側下部選択ゲート電極SGD1aと第1ドレイン側上部選択ゲート電極SGD1b、および第1ソース側下部選択ゲート電極SGS1aと第1ソース側上部選択ゲート電極SGS1bとは、それぞれ電気的に分離され、それぞれ異なる図示せぬコンタクトに接続されている。すなわち、選択ゲート電極SGはすべて電気的に独立している。
[2.製造方法]
図32(a)は、不揮発性半導体記憶装置のビット線方向における製造工程の断面図を示し、図32(b)は、本実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置のワード線方向における製造工程の断面図を示している。
図32(a)は、不揮発性半導体記憶装置のビット線方向における製造工程の断面図を示し、図32(b)は、本実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置のワード線方向における製造工程の断面図を示している。
まず、第1の実施形態における図2の工程が行われる。
次に、図32(a)および(b)に示すように、溝11’に絶縁膜が埋め込まれてSTI11が形成された後、半導体基板10上に第1メモリ膜15、下部電極層16aが順に形成される。この下部電極層16a上に絶縁層53が形成され、RIEにより後に選択ゲート電極SGが形成される領域にのみ、絶縁層53が残存される。これら下部電極層16aおよび絶縁層53上に、上部電極16bが形成される。その後、第1の実施形態と同様の工程が行われる。このようにして、本実施形態における不揮発性半導体記憶装置が形成される。
[効果]
上記第3の実施形態によれば、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。
上記第3の実施形態によれば、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。
また、本実施形態における不揮発性半導体記憶装置では、第1ドレイン側選択ゲート電極SGD1および第1ソース側選択ゲート電極SGS1は、上下で電気的に分離され、それぞれ別のコンタクトに接続されている。これにより、各チャネルのオン/オフの制御を容易に行うことができる。
さらに、図33に示すように、選択ゲート電極SG1と同様に、第1ワード線WL1も絶縁層53により上下で電気的に分離され、それぞれ別のコンタクトに接続されることも可能である。すなわち、第1ワード線WL1は、第1下部ワード線WL1a、絶縁層53および第1上部ワード線WL1bで構成される。これにより、各チャネルのオン/オフの制御だけでなく、書き込み、読み出し時のメモリセルトランジスタの選択、非選択の制御も容易に行うことができる。
なお、上記構造は、3層以上のワード線WLに対して5層以上のメモリセルトランジスタが積層された3次元構造においても適用可能である。
その他、本発明は、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。例えば、実施形態に示される全構成要件から幾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が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、こ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。
10…半導体基板、15…第1メモリ膜、24…第2メモリ膜、25…第1半導体層、30…第3メモリ膜、39…第4メモリ膜、40…第2半導体層、45…第5メモリ膜、36,37…コンタクトプラグ、100…制御回路、WL1…第1ワード線、WL2…第2ワード線、WL3…第3ワード線、SGD1…第1ドレイン側選択ゲート電極、SGD2…第2ドレイン側選択ゲート電極、SGD3…第3ドレイン側選択ゲート電極、SGD1a…第1ドレイン側下部選択ゲート電極、SGD1b…第1ドレイン側上部選択ゲート電極、SGS1…第1ソース側選択ゲート電極、SGS2…第2ソース側選択ゲート電極、SGS3…第3ソース側選択ゲート電極、MT1…第1メモリセルトランジスタ、MT2…第2メモリセルトランジスタ、MT3…第3メモリセルトランジスタ、MT4…第4メモリセルトランジスタ、MT5…第5メモリセルトランジスタ、SDT1…第1ドレイン側選択トランジスタ、SDT2…第2ドレイン側選択トランジスタ、SDT3…第3ドレイン側選択トランジスタ、SST1…第1ソース側選択トランジスタ、SST2…第2ソース側選択トランジスタ、SST3…第3ソース側選択トランジスタ。
Claims (14)
- 複数の拡散層を含む半導体基板と、
前記半導体基板上に形成された第1メモリ膜と、
前記第1メモリ膜上に形成された複数の第1ゲート電極および第1選択ゲート電極と、
複数の前記第1ゲート電極および前記第1選択ゲート電極上に形成された第2メモリ膜と、
前記第2メモリ膜上に形成された第1半導体層と、
前記第1半導体層上に形成された第3メモリ膜と、
前記第3メモリ膜上に形成された複数の第2ゲート電極および第2選択ゲート電極と、
を具備し、
前記半導体基板内の前記複数の拡散層と前記第1メモリ膜と前記第1ゲート電極とで第1メモリセルトランジスタを構成し、前記第1ゲート電極と前記第2メモリ膜と前記第1半導体層で第2メモリセルトランジスタを構成し、前記第1半導体層と前記第3メモリ膜と前記第2ゲート電極とで第3メモリセルトランジスタを構成し、
前記半導体基板内の前記複数の拡散層と前記第1選択ゲート電極とで第1選択トランジスタを構成し、前記第1半導体層と前記第2選択ゲート電極とで第2選択トランジスタを構成する、
ことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。 - 前記第1半導体層の不純物濃度は、前記半導体基板内の前記複数の拡散層の不純物濃度より低い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。
- 前記半導体基板内の前記複数の拡散層の1つおよび前記第1半導体層に電気的に接続されたコンタクトプラグと、
をさらに具備することを特徴とする請求項1または請求項2に記載の不揮発性半導体記憶装置。 - 複数の前記第1ゲート電極と複数の前記第2ゲート電極とは、ビット線に沿った方向において、隣接する2つの前記第1ゲート電極の中心間距離の半分の距離だけずれていることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の不揮発性半導体記憶装置。
- 前記第1選択ゲート電極は、前記第1メモリ膜上に形成された第1下部選択ゲート電極と、前記第1下部選択ゲート電極上に形成された絶縁層と、前記絶縁層上に形成された第1上部選択ゲート電極と、で構成されることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の不揮発性半導体記憶装置。
- 前記第1選択トランジスタをオンにする場合、前記第1選択ゲート電極に前記第1選択トランジスタをオンにする第1電圧を印加し、前記第2選択ゲート電極に前記第2選択トランジスタをオフにするバックゲート電圧を印加し、
前記第2選択トランジスタをオンにする場合、前記第1選択ゲート電極に前記第1選択トランジスタをオフにして前記第2選択トランジスタをオフにしない第2電圧を印加し、前記第2選択ゲート電極に前記第2選択トランジスタをオンにする前記第1電圧より低い第3電圧を印加する、
ことを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の不揮発性半導体記憶装置。 - 前記第2メモリセルトランジスタにデータを書き込む場合、前記第2選択トランジスタのみをオンにし、前記第1ゲート電極に書き込み電圧を印加し、前記第2ゲート電極を浮遊状態とすることを特徴とする請求項6に記載の不揮発性半導体記憶装置。
- 前記第2メモリセルトランジスタからデータを読み出す場合、前記第2選択トランジスタのみをオンにし、前記第1ゲート電極に読み出し電圧を印加し、前記第2ゲート電極に前記読み出し電圧より高い非読み出し電圧を印加することを特徴とする請求項6または請求項7に記載の不揮発性半導体記憶装置。
- 複数の前記第2ゲート電極および前記第2選択ゲート電極上に形成された第4メモリ膜と、
前記第4メモリ膜上に形成された第2半導体層と、
前記第2半導体層上に形成された第5メモリ膜と、
前記第5メモリ膜上に形成された複数の第3ゲート電極および第3選択ゲート電極と、
をさらに具備し、
前記第2ゲート電極と前記第4メモリ膜と前記第2半導体層で第4メモリセルトランジスタを構成し、前記第2半導体層と前記第5メモリ膜と前記第3ゲート電極とで第5メモリセルトランジスタを構成し、
前記第2半導体層と前記第3選択ゲート電極とで第3選択トランジスタを構成する、
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選択トランジスタをオンにする場合、前記第1選択ゲート電極に前記第1選択トランジスタをオンにする第1電圧を印加し、前記第2選択ゲート電極に第2選択トランジスタをオフにする第1バックゲート電圧を印加し、前記第3選択ゲート電極に第3選択トランジスタをオフにする第2電圧を印加し、
前記第2選択トランジスタをオンにする場合、前記第1選択ゲート電極に前記第1選択トランジスタをオフにして前記第2選択トランジスタをオフにしない第3電圧を印加し、前記第2選択ゲート電極に前記第2選択トランジスタをオンにする前記第1電圧より低い第4電圧を印加し、前記第3選択ゲート電極に前記第3選択トランジスタをオフにする前記第1バックゲート電圧と同等の第2バックゲート電圧を印加し、
前記第3選択トランジスタをオンにする場合、前記第1選択ゲート電極に前記第2選択トランジスタをオフにする第3バックゲート電圧を印加し、前記第2選択ゲート電極に前記第3選択トランジスタをオフにしない第5電圧を印加し、前記第3選択ゲート電極に前記第4電圧を印加する、
ことを特徴とする請求項9に記載の不揮発性半導体記憶装置。 - 前記第2メモリセルトランジスタにデータを書き込む場合、前記第2選択トランジスタのみをオンにし、前記第1ゲート電極に書き込み電圧を印加し、前記第2ゲート電極および前記第3ゲート電極を浮遊状態とすることを特徴とする請求項10に記載の不揮発性半導体記憶装置。
- 前記第2メモリセルトランジスタからデータを読み出す場合、前記第2選択トランジスタのみをオンにし、前記第1ゲート電極に読み出し電圧を印加し、前記第2ゲート電極に前記読み出し電圧より高い非読み出し電圧を印加し、前記第3ゲート電極を浮遊状態とすることを特徴とする請求項10または請求項11に記載の不揮発性半導体記憶装置。
- 複数の拡散層を含む半導体基板を形成し、
前記半導体基板上に、第1メモリ膜を形成し、
前記第1メモリ膜上に、複数の第1ゲート電極および第1選択ゲート電極を形成し、
複数の前記第1ゲート電極および前記第1選択ゲート電極上に、第2メモリ膜を形成し、
前記第2メモリ膜上に、第1半導体層を形成し、
前記第1半導体層上に、第3メモリ膜を形成し、
前記第3メモリ膜上に、複数の第2ゲート電極および第2選択ゲート電極を形成し、
前記半導体基板内の前記複数の拡散層と前記第1メモリ膜と前記第1ゲート電極とで第1メモリセルトランジスタを構成し、前記第1ゲート電極と前記第2メモリ膜と前記第1半導体層で第2メモリセルトランジスタを構成し、前記第1半導体層と前記第3メモリ膜と前記第2ゲート電極とで第3メモリセルトランジスタを構成し、
前記半導体基板内の前記複数の拡散層と前記第1選択ゲート電極とで第1選択トランジスタを構成し、前記第1半導体層と前記第2選択ゲート電極とで第2選択トランジスタを構成する、 ことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置の製造方法。 - 複数の前記第2ゲート電極および前記第2選択ゲート電極を形成した後、
複数の前記第2ゲート電極および前記第2選択ゲート電極上に、第4メモリ膜を形成し、
前記第4メモリ膜上に、第2半導体層を形成し、
前記半導体層上に、第5メモリ膜を形成し、
前記第5メモリ膜上に、複数の第3ゲート電極および第3選択ゲート電極を形成し、
前記第2ゲート電極と前記第4メモリ膜と前記第2半導体層で第4メモリセルトランジスタを構成し、前記第2半導体層と前記第5メモリ膜と前記第3ゲート電極とで第5メモリセルトランジスタを構成し、
前記第2半導体層と前記第3選択ゲート電極とで第3選択トランジスタを構成する、
ことを特徴とする請求項13に記載の不揮発性半導体記憶装置の製造方法。
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