JP2011192898A - Semiconductor memory device, and method of manufacturing the same - Google Patents

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浜 敬 祐 米
Kazuhiro Shimizu
水 和 裕 清
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce an influence of impurities in a channel region of a select transistor on a memory cell transistor by setting a threshold voltage of the select transistor to a predetermined value. <P>SOLUTION: A semiconductor memory device includes memory cell transistors MC0 to MC15, and select transistors ST1 and ST2, wherein dummy cell transistors DC0 and DC1 which are not used as memory elements are provided between the select transistors and memory cell transistors. Gate electrodes 13 of the select transistors have a first conductive layer and a second conductive layer, which are electrically connected by connection parts 16. Impurity concentrations of channel regions of the select transistors are higher than those of channel regions of the memory cell transistors. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体記憶装置、特にNAND型フラッシュメモリ等の不揮発性の半導体記憶装置、及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a semiconductor memory device, in particular, a nonvolatile semiconductor memory device such as a NAND flash memory, and a manufacturing method thereof.

NAND型フラッシュメモリでは、電荷を蓄積する浮遊ゲート(FG)、及びゲート間絶縁膜(IPD:Inter-Poly Dielectric)を介して浮遊ゲートの上に積層された制御ゲート(CG)を有するメモリセルトランジスタを、記憶素子として用いる。複数のメモリセルトランジスタが直列接続されて、NANDセルユニットを構成する。このNANDセルユニットの一端は、選択トランジスタを介してビット線に接続され、他端は選択トランジスタを介してソース線に接続される。   In a NAND flash memory, a memory cell transistor having a floating gate (FG) for accumulating charges and a control gate (CG) stacked on the floating gate via an inter-gate dielectric (IPD). Are used as memory elements. A plurality of memory cell transistors are connected in series to constitute a NAND cell unit. One end of the NAND cell unit is connected to the bit line via the selection transistor, and the other end is connected to the source line via the selection transistor.

従来の製造方法では、メモリセルトランジスタ及び選択トランジスタのゲート電極を形成した後に、必要に応じて例えばシリコン酸化膜からなる保護膜を介して、イオン注入を行い、メモリセルトランジスタ及び選択トランジスタのチャネル領域及びソース/ドレイン領域を形成する。次いで、選択トランジスタの電流遮断特性を確保するために、斜めイオン注入により選択トランジスタのゲート下に位置する半導体基板中に不純物を導入する(例えば、特許文献1参照)。これにより、選択トランジスタの閾値電圧を調整するチャネル制御を行う。   In the conventional manufacturing method, after forming the gate electrodes of the memory cell transistor and the selection transistor, if necessary, ion implantation is performed through a protective film made of, for example, a silicon oxide film, so that channel regions of the memory cell transistor and the selection transistor are obtained. And source / drain regions are formed. Next, in order to ensure the current interruption characteristics of the selection transistor, impurities are introduced into the semiconductor substrate located under the gate of the selection transistor by oblique ion implantation (see, for example, Patent Document 1). Thus, channel control for adjusting the threshold voltage of the selection transistor is performed.

しかし、半導体プロセスの微細化の進展に伴い、上記の方法によって選択トランジスタのゲート下のシリコン基板中に十分な量の不純物を導入することが困難になっている。そのため、所定の閾値電圧が得られないという問題があった。また、この問題を回避すべく、注入するイオン量を増加させた場合、ソース/ドレイン領域にもイオン注入される結果、メモリセルトランジスタの特性が変化してしまう。   However, with the progress of miniaturization of semiconductor processes, it has become difficult to introduce a sufficient amount of impurities into the silicon substrate under the gate of the select transistor by the above method. Therefore, there is a problem that a predetermined threshold voltage cannot be obtained. Further, in order to avoid this problem, when the amount of ions to be implanted is increased, ions are also implanted into the source / drain regions, resulting in a change in the characteristics of the memory cell transistor.

特開2007−165543号公報JP 2007-165543 A

本発明は、選択トランジスタの閾値電圧を所定の値とし、且つ、選択トランジスタのチャネル領域の不純物がメモリセルトランジスタに与える影響を可及的に低減することができる半導体記憶装置及びその製造方法を提供する。   The present invention provides a semiconductor memory device capable of setting the threshold voltage of a select transistor to a predetermined value and reducing the influence of impurities in the channel region of the select transistor on the memory cell transistor as much as possible, and a method for manufacturing the same. To do.

本発明の一態様によれば、直列接続された複数のメモリセルトランジスタを有するメモリセルユニットと、前記メモリセルユニットに直列接続された選択トランジスタと、を備える半導体記憶装置であって、
前記メモリセルトランジスタは、半導体基板上に形成された第1のゲート絶縁膜と、前記第1のゲート絶縁膜上に設けられた電荷蓄積層、前記電荷蓄積層上に設けられたゲート間絶縁膜、及び前記ゲート間絶縁膜上に設けられた制御ゲートを有する第1のゲート電極と、前記第1のゲート電極下の前記半導体基板中に形成され、第1の導電型の不純物を第1の濃度で含む第1のチャネル領域と、前記第1のチャネル領域を挟むように前記半導体基板中に形成された、第2の導電型の第1のソース/ドレイン領域と、を有し、
前記選択トランジスタは、少なくとも一部の領域に前記第1の導電型の不純物を含む第2のゲート絶縁膜と、前記第2のゲート絶縁膜上に設けられた第1の導電層、前記第1の導電層上に設けられ、前記第2のゲート絶縁膜において前記第1の導電型の前記不純物を含む領域の少なくとも一部の領域の直上に位置する接続部、及び前記接続部により前記第1の導電層と電気的に接続された第2の導電層を有する第2のゲート電極と、前記第2のゲート電極下の前記半導体基板中に形成され、前記第1の導電型の前記不純物を、前記第1の濃度より高い第2の濃度で含む第2のチャネル領域と、前記第2のチャネル領域を挟むように前記半導体基板中に形成された、前記第2の導電型の第2のソース/ドレイン領域と、を有し、
前記選択トランジスタに隣接する前記メモリセルトランジスタは、ダミーセルとして制御されるダミーセルトランジスタであることを特徴とする半導体記憶装置が提供される。
According to one aspect of the present invention, there is provided a semiconductor memory device comprising: a memory cell unit having a plurality of memory cell transistors connected in series; and a selection transistor connected in series to the memory cell unit,
The memory cell transistor includes a first gate insulating film formed on a semiconductor substrate, a charge storage layer provided on the first gate insulating film, and an inter-gate insulating film provided on the charge storage layer And a first gate electrode having a control gate provided on the inter-gate insulating film, and a first conductivity type impurity formed in the semiconductor substrate under the first gate electrode. A first channel region including a concentration; and a first source / drain region of a second conductivity type formed in the semiconductor substrate so as to sandwich the first channel region,
The selection transistor includes a second gate insulating film containing the first conductivity type impurity in at least a part of the region, a first conductive layer provided on the second gate insulating film, and the first transistor A connection portion that is provided on the conductive layer and is located immediately above at least a part of the region containing the impurity of the first conductivity type in the second gate insulating film, and the connection portion A second gate electrode having a second conductive layer electrically connected to the conductive layer; and the semiconductor substrate under the second gate electrode, wherein the impurity of the first conductivity type is formed. A second channel region having a second concentration higher than the first concentration and a second channel region of the second conductivity type formed in the semiconductor substrate so as to sandwich the second channel region. A source / drain region,
A semiconductor memory device is provided in which the memory cell transistor adjacent to the selection transistor is a dummy cell transistor controlled as a dummy cell.

本発明の別態様によれば、半導体基板の表面に第1の導電型の不純物を第1の濃度に注入し、前記半導体基板の表面にゲート絶縁膜を形成し、前記ゲート絶縁膜上に第1の導電層を形成し、前記半導体基板中及び前記ゲート絶縁膜中に素子分離領域を形成し、前記素子分離領域上及び前記第1の導電層上にゲート間絶縁膜を形成し、前記ゲート間絶縁膜の表面の少なくとも一部を露出させる開口部を有するマスク材を、前記ゲート間絶縁膜上に形成し、前記マスク材の開口部を介して、前記半導体基板中に第1の導電型の不純物を、前記第1の濃度よりも高い第2の濃度に注入し、前記マスク材の開口部に露出する前記ゲート間絶縁膜を除去し、前記ゲート間絶縁膜上に第2の導電層を、前記ゲート間絶縁膜が除去された領域を介して前記第2の導電層が前記第1の導電層と接続されるように形成し、前記第1の導電層、前記ゲート間絶縁膜、及び前記第2の導電層をパターニングすることにより、積層ゲート電極を形成し、前記積層ゲート電極周囲の前記半導体基板中に第2の導電型の不純物を注入することにより、ソース/ドレイン領域を形成する半導体記憶装置の製造方法が提供される。 According to another aspect of the present invention, a first conductivity type impurity is implanted into a surface of a semiconductor substrate to a first concentration, a gate insulating film is formed on the surface of the semiconductor substrate, and a first insulating film is formed on the gate insulating film. 1 is formed, an element isolation region is formed in the semiconductor substrate and the gate insulating film, an inter-gate insulating film is formed on the element isolation region and the first conductive layer, and the gate A mask material having an opening exposing at least a part of the surface of the inter-layer insulating film is formed on the inter-gate insulating film, and the first conductivity type is formed in the semiconductor substrate through the opening of the mask material. Are implanted at a second concentration higher than the first concentration, the inter-gate insulating film exposed in the opening of the mask material is removed, and a second conductive layer is formed on the inter-gate insulating film. Through the region from which the inter-gate insulating film has been removed. Forming a stacked gate electrode by patterning the first conductive layer, the inter-gate insulating film, and the second conductive layer. Then, a method for manufacturing a semiconductor memory device is provided in which a source / drain region is formed by implanting an impurity of a second conductivity type into the semiconductor substrate around the stacked gate electrode.

本発明によれば、選択トランジスタの閾値電圧を所定の値とし、且つ、選択トランジスタのチャネル領域の不純物がメモリセルトランジスタに与える影響を可及的に低減することができる。   According to the present invention, the threshold voltage of the selection transistor is set to a predetermined value, and the influence of impurities in the channel region of the selection transistor on the memory cell transistor can be reduced as much as possible.

本発明の実施形態に係るNAND型フラッシュメモリのブロック図である。1 is a block diagram of a NAND flash memory according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係るメモリセルアレイの一部の回路図である。FIG. 3 is a circuit diagram of a part of the memory cell array according to the embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係るメモリセルアレイの一部の平面図である。3 is a plan view of a part of the memory cell array according to the embodiment of the present invention. FIG. 本発明の実施形態に係るNAND型フラッシュメモリの工程断面図である。(a)は図3のX1−X2線に沿う断面図であり、(b)は図3のX3−X4線に沿う断面図である。FIG. 10 is a process cross-sectional view of the NAND flash memory according to the embodiment of the present invention. (A) is sectional drawing which follows the X1-X2 line of FIG. 3, (b) is sectional drawing which follows the X3-X4 line of FIG. 図4に続く、本発明の実施形態に係るNAND型フラッシュメモリの工程断面図である。(a)は図3のX1−X2線に沿う断面図であり、(b)は図3のX3−X4線に沿う断面図である。FIG. 5 is a process cross-sectional view of the NAND flash memory according to the embodiment of the present invention continued from FIG. 4. (A) is sectional drawing which follows the X1-X2 line of FIG. 3, (b) is sectional drawing which follows the X3-X4 line of FIG. 図5に続く、本発明の実施形態に係るNAND型フラッシュメモリの工程断面図である。(a)は図3のX1−X2線に沿う断面図であり、(b)は図3のX3−X4線に沿う断面図である。FIG. 6 is a process cross-sectional view of the NAND flash memory according to the embodiment of the present invention continued from FIG. 5. (A) is sectional drawing which follows the X1-X2 line of FIG. 3, (b) is sectional drawing which follows the X3-X4 line of FIG. 図6に続く、本発明の実施形態に係るNAND型フラッシュメモリの工程断面図である。(a)は図3のX1−X2線に沿う断面図であり、(b)は図3のX3−X4線に沿う断面図である。FIG. 7 is a process cross-sectional view of the NAND flash memory according to the embodiment of the present invention continued from FIG. 6. (A) is sectional drawing which follows the X1-X2 line of FIG. 3, (b) is sectional drawing which follows the X3-X4 line of FIG. 図7に続く、本発明の実施形態に係るNAND型フラッシュメモリの工程断面図である。(a)は図3のX1−X2線に沿う断面図であり、(b)は図3のX3−X4線に沿う断面図である。FIG. 8 is a process cross-sectional view of the NAND flash memory according to the embodiment of the present invention continued from FIG. 7. (A) is sectional drawing which follows the X1-X2 line of FIG. 3, (b) is sectional drawing which follows the X3-X4 line of FIG. 図8に続く、本発明の実施形態に係るNAND型フラッシュメモリの工程断面図である。(a)は図3のX1−X2線に沿う断面図であり、(b)は図3のX3−X4線に沿う断面図である。FIG. 9 is a process cross-sectional view of the NAND flash memory according to the embodiment of the present invention continued from FIG. 8. (A) is sectional drawing which follows the X1-X2 line of FIG. 3, (b) is sectional drawing which follows the X3-X4 line of FIG. 図9に続く、本発明の実施形態に係るNAND型フラッシュメモリの工程断面図である。(a)は図3のX1−X2線に沿う断面図であり、(b)は図3のX3−X4線に沿う断面図である。FIG. 10 is a process cross-sectional view of the NAND flash memory according to the embodiment of the present invention continued from FIG. 9. (A) is sectional drawing which follows the X1-X2 line of FIG. 3, (b) is sectional drawing which follows the X3-X4 line of FIG. 図10に続く、本発明の実施形態に係るNAND型フラッシュメモリの工程断面図である。(a)は図3のX1−X2線に沿う断面図であり、(b)は図3のX3−X4線に沿う断面図である。FIG. 11 is a process cross-sectional view of the NAND flash memory according to the embodiment of the present invention continued from FIG. 10. (A) is sectional drawing which follows the X1-X2 line of FIG. 3, (b) is sectional drawing which follows the X3-X4 line of FIG. 図11に続く、本発明の実施形態に係るNAND型フラッシュメモリの工程断面図である。(a)は図3のX1−X2線に沿う断面図であり、(b)は図3のX3−X4線に沿う断面図である。FIG. 12 is a process cross-sectional view of the NAND flash memory according to the embodiment of the present invention continued from FIG. 11. (A) is sectional drawing which follows the X1-X2 line of FIG. 3, (b) is sectional drawing which follows the X3-X4 line of FIG. 図12に続く、本発明の実施形態に係るNAND型フラッシュメモリの工程断面図である。(a)は図3のX1−X2線に沿う断面図であり、(b)は図3のX3−X4線に沿う断面図である。FIG. 13 is a process cross-sectional view of the NAND flash memory according to the embodiment of the present invention continued from FIG. 12. (A) is sectional drawing which follows the X1-X2 line of FIG. 3, (b) is sectional drawing which follows the X3-X4 line of FIG. 図13に続く、本発明の実施形態に係るNAND型フラッシュメモリの工程断面図である。(a)は図3のX1−X2線に沿う断面図であり、(b)は図3のX3−X4線に沿う断面図である。FIG. 14 is a process cross-sectional view of the NAND flash memory according to the embodiment of the present invention continued from FIG. 13. (A) is sectional drawing which follows the X1-X2 line of FIG. 3, (b) is sectional drawing which follows the X3-X4 line of FIG. 図14に続く、本発明の実施形態に係るNAND型フラッシュメモリの工程断面図である。(a)は図3のX1−X2線に沿う断面図であり、(b)は図3のX3−X4線に沿う断面図である。FIG. 15 is a process cross-sectional view of the NAND flash memory according to the embodiment of the present invention continued from FIG. 14. (A) is sectional drawing which follows the X1-X2 line of FIG. 3, (b) is sectional drawing which follows the X3-X4 line of FIG. 図15に続く、本発明の実施形態に係るNAND型フラッシュメモリの工程断面図である。(a)は図3のX1−X2線に沿う断面図であり、(b)は図3のX3−X4線に沿う断面図である。FIG. 16 is a process cross-sectional view of the NAND flash memory according to the embodiment of the present invention continued from FIG. 15. (A) is sectional drawing which follows the X1-X2 line of FIG. 3, (b) is sectional drawing which follows the X3-X4 line of FIG. メモリの各動作モードにおけるバイアス条件を示す図である。It is a figure which shows the bias conditions in each operation mode of memory. データ“0”及びデータ“1”に対応するメモリセルトランジスタの閾値電圧の分布をそれぞれ示す図である。It is a figure which shows distribution of the threshold voltage of the memory cell transistor corresponding to data "0" and data "1", respectively.

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係る半導体記憶装置及びその製造方法について説明する。なお、各図において、同等の機能を有する構成要素には同一の符号を付す。   Hereinafter, a semiconductor memory device and a manufacturing method thereof according to embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In each figure, the same numerals are given to the component which has an equivalent function.

図1は、本実施形態に係るNAND型フラッシュメモリのブロック図である。メモリセルアレイ101は、電気的に書き換え可能な不揮発性のメモリセルが直列接続されたNANDセルユニットが複数配置された構成を有する。   FIG. 1 is a block diagram of a NAND flash memory according to the present embodiment. The memory cell array 101 has a configuration in which a plurality of NAND cell units in which electrically rewritable nonvolatile memory cells are connected in series are arranged.

センスアンプ/データラッチ102は、メモリセルアレイ101のビット線BL上のデータをセンスするセンスアンプと、書き込みデータを保持するデータラッチとを有する。   The sense amplifier / data latch 102 includes a sense amplifier that senses data on the bit line BL of the memory cell array 101 and a data latch that holds write data.

カラムデコーダ103は、メモリセルアレイ101のビット線BLを選択する。ロウデコーダ/ワード線ドライバ105は、ワード線を選択し駆動する。   The column decoder 103 selects the bit line BL of the memory cell array 101. The row decoder / word line driver 105 selects and drives a word line.

カラムデコーダ103及びロウデコーダ/ワード線ドライバ105には、I/Oバッファ104及びアドレスレジスタ106を介して、ロウアドレス及びカラムアドレスがそれぞれ供給される。データの送受は、I/Oバッファ104を介して、ビット線BLと外部I/O 端子との間で行われる。   A row address and a column address are supplied to the column decoder 103 and the row decoder / word line driver 105 via the I / O buffer 104 and the address register 106, respectively. Data transmission / reception is performed between the bit line BL and the external I / O terminal via the I / O buffer 104.

制御回路107は、データの書き込み、読み出し及び消去等のメモリ動作を行うためのシーケンス制御を行う。   The control circuit 107 performs sequence control for performing memory operations such as data writing, reading, and erasing.

高電圧発生回路108は、制御回路107からの制御を受けて、データの書き込み及び消去等に必要となる高電圧を動作モードに応じて発生し、メモリセルアレイ101及びロウデコーダ/ワード線ドライバ105に供給する。   Under the control of the control circuit 107, the high voltage generation circuit 108 generates a high voltage necessary for writing and erasing data according to the operation mode, and supplies the memory cell array 101 and the row decoder / word line driver 105 with the high voltage. Supply.

図2は、メモリセルアレイ101の一部を示す回路図である。NANDセルユニットNCUは16個のメモリセルトランジスタ(MC0〜MC15)と2個のダミーセルトランジスタ(DC0,DC1)を有する。このメモリセルトランジスタ(MC0〜MC15)及びダミーセルトランジスタ(DC0,DC1)は、浮遊ゲートと制御ゲートを有する。なお、本実施形態では16個のメモリセルトランジスタがNANDセルユニットを構成しているが、本実施形態はこの個数に限るものではない。   FIG. 2 is a circuit diagram showing a part of the memory cell array 101. The NAND cell unit NCU has 16 memory cell transistors (MC0 to MC15) and two dummy cell transistors (DC0, DC1). The memory cell transistors (MC0 to MC15) and the dummy cell transistors (DC0, DC1) have a floating gate and a control gate. In the present embodiment, 16 memory cell transistors constitute a NAND cell unit. However, the present embodiment is not limited to this number.

図2に示すように、NANDセルユニットNCUの一端とビット線BLの間には、選択トランジスタST1が設けられ、他端とソース線SLの間には選択トランジスタST2が設けられている。また、図2に示すように、ダミーセルトランジスタDC0はメモリセルトランジスタMC0と選択トランジスタST1の間に設けられ、ダミーセルトランジスタDC1はメモリセルトランジスタMC15と選択トランジスタST2の間に設けられている。これらのダミーセルトランジスタDC0,DC1は、データを記憶する素子としては用いられない。   As shown in FIG. 2, a select transistor ST1 is provided between one end of the NAND cell unit NCU and the bit line BL, and a select transistor ST2 is provided between the other end and the source line SL. As shown in FIG. 2, the dummy cell transistor DC0 is provided between the memory cell transistor MC0 and the selection transistor ST1, and the dummy cell transistor DC1 is provided between the memory cell transistor MC15 and the selection transistor ST2. These dummy cell transistors DC0 and DC1 are not used as elements for storing data.

図2に示すように、メモリセルトランジスタMC0〜MC15のゲート電極は、ワード線WL0〜WL15にそれぞれ接続されている。各ワード線WLは、その方向に並ぶ複数のメモリセルトランジスタのゲート電極と共有される。選択トランジスタST1,ST2のゲート電極は、選択ゲート線SGD,SGSにそれぞれ接続されている。ダミーセルトランジスタDC0,DC1のゲート電極は、ダミーセルトランジスタのワード線(ダミーワード線)DWL0,DWL1にそれぞれ接続されている。   As shown in FIG. 2, the gate electrodes of the memory cell transistors MC0 to MC15 are connected to word lines WL0 to WL15, respectively. Each word line WL is shared with the gate electrodes of a plurality of memory cell transistors arranged in that direction. The gate electrodes of the select transistors ST1, ST2 are connected to select gate lines SGD, SGS, respectively. The gate electrodes of the dummy cell transistors DC0 and DC1 are connected to word lines (dummy word lines) DWL0 and DWL1 of the dummy cell transistors, respectively.

次に、図3を用いて、本実施形態に係る半導体記憶装置の平面構造について説明する。図3は、前述のメモリセルアレイ101の一部の平面図である。   Next, the planar structure of the semiconductor memory device according to this embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a plan view of a part of the memory cell array 101 described above.

図3に示すように、複数の活性領域21,21,・・・がストライプ状に平行に設けられている。この活性領域21内には、ソース/ドレイン領域が形成されている。各メモリセルトランジスタMC0,MC1,・・・,MC15は、ソース/ドレイン領域を、隣接するメモリセルトランジスタ同士で共有している。   As shown in FIG. 3, a plurality of active regions 21, 21,... Are provided in parallel in a stripe shape. Source / drain regions are formed in the active region 21. Each memory cell transistor MC0, MC1,..., MC15 shares a source / drain region between adjacent memory cell transistors.

活性領域21,21間には、素子分離領域22が設けられている。そして、ストライプ状の活性領域21に直交するようにして、ワード線WL0,WL1,・・・,WL15(ゲート電極7,7,・・・)が、ストライプ状に平行に設けられている。   An element isolation region 22 is provided between the active regions 21 and 21. Word lines WL0, WL1,..., WL15 (gate electrodes 7, 7,...) Are provided in parallel to the stripe shape so as to be orthogonal to the stripe-shaped active region 21.

そして、ワード線WL0,WL1,・・・,WL15(ゲート電極7,7,・・・)を挟むようにして、1対のダミーワード線DWL0,DWL1(ゲート電極7’,7’)が設けられている。さらに、ダミーワード線DWL0,DWL1を挟むようにして、1対の選択トランジスタST1,ST2のワード線SGD,SGS(ゲート電極13,13)が設けられている。   Then, a pair of dummy word lines DWL0, DWL1 (gate electrodes 7 ′, 7 ′) are provided so as to sandwich the word lines WL0, WL1,..., WL15 (gate electrodes 7, 7,...). Yes. Further, word lines SGD and SGS (gate electrodes 13 and 13) of a pair of selection transistors ST1 and ST2 are provided so as to sandwich the dummy word lines DWL0 and DWL1.

図3に示すように、半導体基板中の領域20には不純物が注入されている。この領域20の一部は、メモリセルトランジスタのチャネル領域として機能する。
図3に示すように、選択トランジスタST1,ST2のゲート構造には、このゲート構造の一部として、後述する開口部16(Etching Inter-poly:EI)が設けられている。この開口部16からシリコン基板中へ不純物が注入され、この不純物が注入された領域は、選択トランジスタST1,ST2のチャネル領域として機能する。なお、選択トランジスタST1,ST2のチャネル領域の不純物濃度は、メモリセルトランジスタのチャネル領域とは異なる。これにより、選択トランジスタの閾値電圧をメモリセルトランジスタよりも高くし、選択トランジスタに必要な電流遮断特性を確保することができる。
As shown in FIG. 3, impurities are implanted into the region 20 in the semiconductor substrate. A part of this region 20 functions as a channel region of the memory cell transistor.
As shown in FIG. 3, the gate structure of the select transistors ST1 and ST2 is provided with an opening 16 (Etching Inter-poly: EI) described later as a part of the gate structure. Impurities are implanted into the silicon substrate from the openings 16, and the regions into which the impurities are implanted function as channel regions of the select transistors ST1 and ST2. Note that the impurity concentration of the channel regions of the select transistors ST1, ST2 is different from that of the memory cell transistor. As a result, the threshold voltage of the selection transistor can be made higher than that of the memory cell transistor, and the current interruption characteristic necessary for the selection transistor can be ensured.

次に、図4〜図16を用いて、本実施形態に係るNAND型フラッシュメモリの製造方法を説明する。図4(a)、(b)乃至図16(a)、(b)は、本実施形態に係るNAND型フラッシュメモリの製造工程を示す工程断面図である。図4〜図16の各図において、(a)は、図3におけるX1−X2線に沿う断面図であり、(b)はX3−X4線に沿う断面図である。   Next, a method for manufacturing the NAND flash memory according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 4A to 4B to 16A and 16B are process cross-sectional views illustrating the manufacturing process of the NAND flash memory according to the present embodiment. 4-16, (a) is sectional drawing which follows the X1-X2 line in FIG. 3, (b) is sectional drawing which follows a X3-X4 line.

(1)まず、図4(a),(b)に示すように、半導体基板1、例えばp型シリコン基板上に、犠牲シリコン酸化膜30を形成する。この犠牲シリコン酸化膜30は、半導体基板1の表面を、イオン注入によるダメージから守るためのものである。なお、場合によっては犠牲シリコン酸化膜30を形成した後に、半導体基板1中に不純物をイオン注入によって導入する。そして、導入した不純物を活性化して、p型ウェル、又は、n型ウェルとp型ウェルを含む二重ウェル等を形成する。 (1) First, as shown in FIGS. 4A and 4B, a sacrificial silicon oxide film 30 is formed on a semiconductor substrate 1, for example, a p-type silicon substrate. The sacrificial silicon oxide film 30 is for protecting the surface of the semiconductor substrate 1 from damage caused by ion implantation. In some cases, after the sacrificial silicon oxide film 30 is formed, impurities are introduced into the semiconductor substrate 1 by ion implantation. Then, the introduced impurity is activated to form a p-type well or a double well including an n-type well and a p-type well.

(2)次に、半導体基板1の表面に、或いはウェルが形成された場合にはそのウェルの表面にイオン注入を行う。これにより、図4(a),(b)に示すように、イオン注入層31を形成する。イオン注入により導入される不純物は、メモリセルトランジスタ及び選択トランジスタの導電型に依存する。例えばトランジスタの導電性がn型の場合には、ボロン(B)等のp型不純物が導入される。なお、このイオン注入は、メモリセルトランジスタ及び選択トランジスタのチャネル制御のために行われるものであり、チャネルイオン注入と呼ばれる。チャネルイオン注入は、メモリセルトランジスタ及び選択トランジスタの形成予定領域の全域に対して、同時に行われる。このイオン注入層31は、メモリセルトランジスタ,ダミーセルトランジスタのチャネル拡散層11,18となる。 (2) Next, ion implantation is performed on the surface of the semiconductor substrate 1 or, if a well is formed, on the surface of the well. Thereby, as shown in FIGS. 4A and 4B, an ion implantation layer 31 is formed. Impurities introduced by ion implantation depend on the conductivity types of the memory cell transistor and the select transistor. For example, when the conductivity of the transistor is n-type, p-type impurities such as boron (B) are introduced. This ion implantation is performed for channel control of the memory cell transistor and the selection transistor, and is called channel ion implantation. Channel ion implantation is performed simultaneously on the entire region where the memory cell transistor and select transistor are to be formed. The ion implantation layer 31 becomes the channel diffusion layers 11 and 18 of the memory cell transistor and the dummy cell transistor.

(3)次に、図5(a)、(b)に示すように、犠牲シリコン酸化膜30を剥離した後、半導体基板1上にゲート絶縁膜6を形成する。引き続き、ゲート絶縁膜6上に浮遊ゲート電極層32を形成する。この浮遊ゲート電極層32は導電性である必要があるため、例えばリン(P)等が予めドープされた多結晶シリコンを用いる。勿論、アンドープ(undoped)の多結晶シリコンを堆積した後にリン等の不純物をイオン注入してもよい。 (3) Next, as shown in FIGS. 5A and 5B, after the sacrificial silicon oxide film 30 is peeled off, the gate insulating film 6 is formed on the semiconductor substrate 1. Subsequently, the floating gate electrode layer 32 is formed on the gate insulating film 6. Since the floating gate electrode layer 32 needs to be conductive, for example, polycrystalline silicon previously doped with phosphorus (P) or the like is used. Of course, impurities such as phosphorus may be ion-implanted after depositing undoped polycrystalline silicon.

(4)次に、図5(a)、(b)に示すように、浮遊ゲート電極層32上に、例えばシリコン窒化膜(Si)等のマスク材33を形成する。このマスク材33は、素子分離領域を形成するために使用される。 (4) Next, as shown in FIGS. 5A and 5B, a mask material 33 such as a silicon nitride film (Si 3 N 4 ) is formed on the floating gate electrode layer 32. This mask material 33 is used to form an element isolation region.

(5)次に、マスク材33上にレジスト(図示せず)を塗布し、フォトリソグラフィ技術により、レジストを素子分離領域のパターンに従ってパターニングする。そして、パターニングされたレジストをマスクに用いて、マスク材33をエッチングする。そして、パターニングされたマスク材33をマスクに用いて、浮遊ゲート電極層32、ゲート絶縁膜6及び半導体基板1をエッチングする。このエッチングは、RIE(Reactive Ion Etching)を用いて行われるのが通常である。これにより、マスク材33の表面から半導体基板1に達する素子分離領域用の溝(図示せず) が形成される。 (5) Next, a resist (not shown) is applied onto the mask material 33, and the resist is patterned according to the pattern of the element isolation region by a photolithography technique. Then, the mask material 33 is etched using the patterned resist as a mask. Then, using the patterned mask material 33 as a mask, the floating gate electrode layer 32, the gate insulating film 6, and the semiconductor substrate 1 are etched. This etching is usually performed using RIE (Reactive Ion Etching). Thereby, a groove (not shown) for an element isolation region reaching the semiconductor substrate 1 from the surface of the mask material 33 is formed.

(6)次に、素子分離領域用の溝の側面及び底面を高温で酸化して、シリコン熱酸化膜を形成する。 (6) Next, the side surface and the bottom surface of the trench for the element isolation region are oxidized at a high temperature to form a silicon thermal oxide film.

(7)次に、図6(b)に示すように、素子分離領域用の溝内に素子分離用のシリコン酸化膜34を、例えばCVD(Chemical Vapor Deposition)法により堆積する。この際、CVD法として、例えばHDP−CVD(High Density Plasma-CVD)法が使用される。 (7) Next, as shown in FIG. 6B, an element isolation silicon oxide film 34 is deposited in the element isolation region trench by, for example, a CVD (Chemical Vapor Deposition) method. At this time, for example, an HDP-CVD (High Density Plasma-CVD) method is used as the CVD method.

(8)次に、図6(a)、(b)に示すように、堆積されたシリコン酸化膜34を平坦化して、マスク材33の上表面とシリコン酸化膜34の上表面とを一致させる。この平坦化工程は、通常はCMP(Chemical Mechanical Polishing)法を用いるが、エッチバック法を用いて行ってもよい。なお、CMP法で平坦化するときに、マスク材33であるシリコン窒化膜が、CMPのストッパー膜となる。 (8) Next, as shown in FIGS. 6A and 6B, the deposited silicon oxide film 34 is flattened so that the upper surface of the mask material 33 and the upper surface of the silicon oxide film 34 coincide with each other. . This planarization step usually uses a CMP (Chemical Mechanical Polishing) method, but may be performed using an etch back method. Note that when planarization is performed by the CMP method, the silicon nitride film as the mask material 33 becomes a CMP stopper film.

(9)次に、シリコン酸化膜34をアニールする。これにより、シリコン酸化膜34を高密度化し、その結晶性をシリコン熱酸化膜に近づけて、良質なシリコン酸化膜にする。上記のプロセスを経て、図6(a)、(b)に示す構造が得られる。 (9) Next, the silicon oxide film 34 is annealed. As a result, the silicon oxide film 34 is densified and its crystallinity is brought close to that of the silicon thermal oxide film, thereby forming a high-quality silicon oxide film. The structure shown in FIGS. 6A and 6B is obtained through the above process.

(10)次に、図7(a) 、(b)に示すように、マスク材33を除去する。そして、シリコン酸化膜34の上面を、RIE法やウェットエッチングを用いて後退させる。これにより、図7(b)に示すように、素子分離領域22が完成する。 (10) Next, as shown in FIGS. 7A and 7B, the mask material 33 is removed. Then, the upper surface of the silicon oxide film 34 is retracted by using the RIE method or wet etching. Thereby, as shown in FIG. 7B, the element isolation region 22 is completed.

(11)次に、図8(a)、(b)に示すように、露出している素子分離領域22及び浮遊ゲート電極層32の表面上に、ゲート間絶縁膜35(IPD膜)を堆積する。このゲート間絶縁膜35としては、例えば、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜及びシリコン酸化膜を積層したONO(Oxide-Nitride-Oxide)膜が使用される。 (11) Next, as shown in FIGS. 8A and 8B, an inter-gate insulating film 35 (IPD film) is deposited on the exposed surface of the element isolation region 22 and the floating gate electrode layer 32. To do. As the inter-gate insulating film 35, for example, an ONO (Oxide-Nitride-Oxide) film in which a silicon oxide film, a silicon nitride film, and a silicon oxide film are stacked is used.

(12)次に、図9(a)、(b)に示すように、ゲート間絶縁膜35上にマスク材36を堆積する。このマスク材36の材料には、例えば多結晶シリコンやシリコン酸化膜が使用できる。 (12) Next, as shown in FIGS. 9A and 9B, a mask material 36 is deposited on the inter-gate insulating film 35. As the material of the mask material 36, for example, polycrystalline silicon or a silicon oxide film can be used.

(13)次に、図10(a)、(b)に示すように、マスク材36上にレジスト37を塗布する。そして、フォトリソグラフィ技術により、選択トランジスタのチャネル領域となるべき領域の少なくとも一部に対応する部分のレジスト37を除去する。その結果、図10(a)、(b)に示すような開口部38が形成される。この開口部38の形成工程に際しては、例えばDUV(Deep Ultraviolet)リソグラフィ法が採用される。この方法によれば、短波長の光源を使用しているため、開口部38を所定の位置に高精度に形成することが可能である。 (13) Next, as shown in FIGS. 10A and 10B, a resist 37 is applied on the mask material 36. Then, a portion of the resist 37 corresponding to at least part of the region to be the channel region of the selection transistor is removed by photolithography. As a result, an opening 38 as shown in FIGS. 10A and 10B is formed. In the step of forming the opening 38, for example, a DUV (Deep Ultraviolet) lithography method is employed. According to this method, since the short wavelength light source is used, the opening 38 can be formed at a predetermined position with high accuracy.

(14)次に、図11(a)、(b)からわかるように、開口部38が形成されたレジスト37をマスクに用いたエッチングにより、開口部38直下に位置するマスク材36を除去する。図11(a)からわかるように、本工程の結果、開口部38底部にはゲート間絶縁膜35が露出する。 (14) Next, as can be seen from FIGS. 11A and 11B, the mask material 36 located immediately below the opening 38 is removed by etching using the resist 37 having the opening 38 as a mask. . As can be seen from FIG. 11A, as a result of this step, the inter-gate insulating film 35 is exposed at the bottom of the opening 38.

(15)次に、図12(a)、(b)に示すように、前工程で加工されたマスク材36をマスクとして、不純物をイオン注入する。これにより、選択トランジスタのチャネル領域となるべき領域の半導体基板1中に不純物を導入し、チャネル拡散層19を形成する。本イオン注入工程において不純物は、ゲート間絶縁膜35、浮遊ゲート電極層32、及びゲート絶縁膜6を介して半導体基板1中に導入される。不純物の種類は選択トランジスタの導電型に依存するが、nチャネルの場合にはボロンが、pチャネルであればリンが使用可能である。なお、本工程においてレジスト37を残したままイオン注入を行うのは、レジスト37がイオン注入のマスク材として利用できるためである。 (15) Next, as shown in FIGS. 12A and 12B, impurities are ion-implanted using the mask material 36 processed in the previous step as a mask. Thereby, impurities are introduced into the semiconductor substrate 1 in the region to be the channel region of the selection transistor, and the channel diffusion layer 19 is formed. In this ion implantation step, impurities are introduced into the semiconductor substrate 1 through the intergate insulating film 35, the floating gate electrode layer 32, and the gate insulating film 6. The type of impurity depends on the conductivity type of the selection transistor, but boron can be used for the n-channel, and phosphorus can be used for the p-channel. The reason why the ion implantation is performed while leaving the resist 37 in this step is that the resist 37 can be used as a mask material for ion implantation.

なお、マスク材36の厚さとイオン注入されるイオンの加速エネルギーは、イオンがマスク材36中で十分に減衰し、且つ、開口部38を通るイオンは半導体基板1に達するように調整されている。よって、本工程のイオン注入は、メモリセルトランジスタが形成されるべき領域に対しては影響を与えない。   Note that the thickness of the mask material 36 and the acceleration energy of the ions implanted are adjusted so that the ions are sufficiently attenuated in the mask material 36 and the ions passing through the opening 38 reach the semiconductor substrate 1. . Therefore, the ion implantation in this step does not affect the region where the memory cell transistor is to be formed.

(16)次に、図13(a)、(b)からわかるように、レジスト37を除去した後、開口部38の底部に露出したゲート間絶縁膜35を、エッチングにより除去する。 (16) Next, as can be seen from FIGS. 13A and 13B, after removing the resist 37, the inter-gate insulating film 35 exposed at the bottom of the opening 38 is removed by etching.

なお、図12(a)、(b)で説明したチャネル拡散層19を形成するためのイオン注入は、本工程においてゲート間絶縁膜35をエッチングした後に行ってもよい。但し、ゲート間絶縁膜35を残したままイオン注入を行う場合、ゲート間絶縁膜35が浮遊ゲート電極層32の保護膜として機能するために、浮遊ゲート電極層32の表面が汚染されることを防止できるという利点がある。   The ion implantation for forming the channel diffusion layer 19 described with reference to FIGS. 12A and 12B may be performed after the inter-gate insulating film 35 is etched in this step. However, when ion implantation is performed with the inter-gate insulating film 35 left, the inter-gate insulating film 35 functions as a protective film for the floating gate electrode layer 32, so that the surface of the floating gate electrode layer 32 is contaminated. There is an advantage that it can be prevented.

(17)次に、図14(a)、(b)からわかるように、マスク材36を除去する。そして、浮遊ゲート電極層32及びゲート間絶縁膜35上に制御ゲート電極材39を形成する。この際、開口部38に埋め込まれた制御ゲート電極材39は、浮遊ゲート電極層32と制御ゲート電極材39を電気的に接続する接続部16となる。なお、この制御ゲート電極材39は、例えば、多結晶シリコン膜とWSi(Tungsten Silicide)等のメタルシリサイド膜を含む。勿論、メタルシリサイド膜を使用せずに多結晶シリコン膜のみであってもよい。また、メモリセルトランジスタの形成予定領域については、多結晶シリコン膜とメタルシリサイド膜とを含む多層構造とし、選択トランジスタの形成予定領域については、多結晶シリコン膜のみを含む構造としてもよい。 (17) Next, as can be seen from FIGS. 14A and 14B, the mask material 36 is removed. Then, a control gate electrode material 39 is formed on the floating gate electrode layer 32 and the inter-gate insulating film 35. At this time, the control gate electrode material 39 embedded in the opening 38 becomes the connection portion 16 that electrically connects the floating gate electrode layer 32 and the control gate electrode material 39. The control gate electrode material 39 includes, for example, a polycrystalline silicon film and a metal silicide film such as WSi (Tungsten Silicide). Of course, only the polycrystalline silicon film may be used without using the metal silicide film. The memory cell transistor formation region may be a multilayer structure including a polycrystalline silicon film and a metal silicide film, and the selection transistor formation region may be a structure including only a polycrystalline silicon film.

(18)次に、フォトリソグラフィ技術とRIE法等の異方性エッチングとを用いて、制御ゲート電極材39、ゲート間絶縁膜35及び浮遊ゲート電極層32をパターニングする。その結果、図15(a)、(b)に示すように、電荷蓄積層8、ゲート間絶縁膜9及び制御ゲート10を含む、メモリセルトランジスタ及びダミーセルトランジスタのゲート電極7,7’が形成される。また、導電層14、ゲート間絶縁膜15及び導電17を含む、選択トランジスタST1,ST2のゲート電極13が完成する。 (18) Next, the control gate electrode material 39, the inter-gate insulating film 35, and the floating gate electrode layer 32 are patterned using photolithography and anisotropic etching such as RIE. As a result, as shown in FIGS. 15A and 15B, gate electrodes 7 and 7 ′ of the memory cell transistor and the dummy cell transistor including the charge storage layer 8, the intergate insulating film 9, and the control gate 10 are formed. The Further, the gate electrodes 13 of the select transistors ST1 and ST2 including the conductive layer 14, the intergate insulating film 15, and the conductive 17 are completed.

なお、図14(a)、(b)に示す工程において、制御ゲート電極材39を多結晶シリコン膜として形成した場合には、本工程でパターニングを行った後、サリサイド(Salicide: Self-Aligned Silicide)を用いて、シリサイド膜を形成してもよい。   In the steps shown in FIGS. 14A and 14B, when the control gate electrode material 39 is formed as a polycrystalline silicon film, after performing patterning in this step, the salicide (Salicide: Self-Aligned Silicide) is formed. ) May be used to form a silicide film.

(19)その後、図16(a)、(b)からわかるように、積層ゲート構造を有するゲート電極7,7’,13をマスクに用いて、半導体基板1中に不純物をイオン注入する。その後、活性化アニールを行うことにより、半導体基板1中にソース/ドレイン領域4,5,12が形成される。図15(a)及び図16(a)からわかるように、この活性化アニールの際、チャネル拡散層19の不純物が拡散することにより、チャネル拡散層19は、ソース/ドレイン領域5に達するまで広がる。 (19) Thereafter, as can be seen from FIGS. 16A and 16B, impurities are ion-implanted into the semiconductor substrate 1 using the gate electrodes 7, 7 ′, 13 having a stacked gate structure as a mask. Thereafter, activation annealing is performed to form source / drain regions 4, 5, and 12 in the semiconductor substrate 1. As can be seen from FIGS. 15A and 16A, the impurities in the channel diffusion layer 19 are diffused during the activation annealing, so that the channel diffusion layer 19 spreads until reaching the source / drain region 5. .

上記の工程を経て、図16(a)、(b)に示す構造が完成する。図16(a)、(b)に示すように、半導体基板上1上には、メモリセルトランジスタ2、ダミーセルトランジスタ2’及び選択トランジスタ3が設けられている。メモリセルトランジスタ2は、半導体基板1中に設けられたソース/ドレイン領域4,4を有している。このメモリセルトランジスタ2は、ソース/ドレイン領域4,4間の半導体基板1上にゲート絶縁膜6を介在して設けられたゲート電極7を有している。ゲート電極7は、ゲート絶縁膜6上に直接形成された電荷蓄積層(浮遊ゲート)8、電荷蓄積層8上に形成されたゲート間絶縁膜9、及びゲート間絶縁膜9上に形成された制御ゲート10を有している。また、ソース/ドレイン領域4,4間の半導体基板1表面付近には、チャネル拡散層11が形成されている。   The structure shown in FIGS. 16A and 16B is completed through the above steps. As shown in FIGS. 16A and 16B, a memory cell transistor 2, a dummy cell transistor 2 ′, and a selection transistor 3 are provided on the semiconductor substrate 1. The memory cell transistor 2 has source / drain regions 4 and 4 provided in the semiconductor substrate 1. The memory cell transistor 2 has a gate electrode 7 provided on the semiconductor substrate 1 between the source / drain regions 4 and 4 with a gate insulating film 6 interposed therebetween. The gate electrode 7 is formed on the charge storage layer (floating gate) 8 directly formed on the gate insulating film 6, the inter-gate insulating film 9 formed on the charge storage layer 8, and the inter-gate insulating film 9. A control gate 10 is provided. A channel diffusion layer 11 is formed near the surface of the semiconductor substrate 1 between the source / drain regions 4 and 4.

ダミーセルトランジスタ2’は、半導体基板1中に設けられたソース/ドレイン領域4,5、及びソース/ドレイン領域4,5間の半導体基板1上にゲート絶縁膜6を介在して設けられたゲート電極7’を有している。ゲート電極7’は、ゲート電極7と同じ構成である。また、ソース/ドレイン領域4,5間の半導体基板1表面付近には、チャネル拡散層18が形成されている。   The dummy cell transistor 2 ′ includes source / drain regions 4 and 5 provided in the semiconductor substrate 1 and a gate electrode provided on the semiconductor substrate 1 between the source / drain regions 4 and 5 with a gate insulating film 6 interposed therebetween. 7 '. The gate electrode 7 ′ has the same configuration as the gate electrode 7. A channel diffusion layer 18 is formed near the surface of the semiconductor substrate 1 between the source / drain regions 4 and 5.

図16(a)、(b)に示すように、選択トランジスタ3はダミーセルトランジスタ2’に隣接して設けられている。この選択トランジスタ3は、半導体基板1中に設けられたソース/ドレイン領域5,12を有している。このうちソース/ドレイン領域5は、ダミーセルトランジスタ2’と選択トランジスタ3により共有されている。また、選択トランジスタ3は、ソース/ドレイン領域5,12間の半導体基板1上にゲート絶縁膜6を介在して設けられたゲート電極13を有している。ゲート電極13は、ゲート絶縁膜6上に形成された導電層14、導電層14上に形成されたゲート間絶縁膜15、ゲート間絶縁膜15上に形成された導電層17、及び導電層14と導電層17を電気的に接続する接続部16を有している。この構成からわかるように、選択トランジスタ3は一般的なMOSFETと同様に機能する。   As shown in FIGS. 16A and 16B, the select transistor 3 is provided adjacent to the dummy cell transistor 2 '. The selection transistor 3 has source / drain regions 5 and 12 provided in the semiconductor substrate 1. Of these, the source / drain region 5 is shared by the dummy cell transistor 2 ′ and the selection transistor 3. The select transistor 3 has a gate electrode 13 provided on the semiconductor substrate 1 between the source / drain regions 5 and 12 with a gate insulating film 6 interposed therebetween. The gate electrode 13 includes a conductive layer 14 formed on the gate insulating film 6, an intergate insulating film 15 formed on the conductive layer 14, a conductive layer 17 formed on the intergate insulating film 15, and a conductive layer 14. And a connecting portion 16 for electrically connecting the conductive layer 17 to each other. As can be seen from this configuration, the select transistor 3 functions in the same manner as a general MOSFET.

また、ソース/ドレイン領域5,12間の半導体基板1の表面付近には、ソース/ドレイン領域5,12に達し、且つ、接続部16の直下の領域を少なくとも含むように、チャネル拡散層19が形成されている。このチャネル拡散層19は、チャネル拡散層11,18よりも高い不純物濃度を有し、且つ、チャネル拡散層11,18よりも深く形成されている。これにより、選択トランジスタ3において短チャネル効果を抑制することができる。   Further, in the vicinity of the surface of the semiconductor substrate 1 between the source / drain regions 5, 12, the channel diffusion layer 19 reaches the source / drain regions 5, 12 and includes at least a region immediately below the connection portion 16. Is formed. The channel diffusion layer 19 has a higher impurity concentration than the channel diffusion layers 11 and 18 and is formed deeper than the channel diffusion layers 11 and 18. Thereby, the short channel effect can be suppressed in the select transistor 3.

上記の製造方法によれば、選択トランジスタ3のチャネル領域を形成するためのイオン注入を行う際、メモリセルトランジスタ2及びダミーセルトランジスタ2’はマスク材36で被覆された状態である。このため、メモリセルトランジスタ2及びダミーセルトランジスタ2’の形成予定領域に、不純物は注入されない。よって、選択トランジスタ3のチャネル制御を、メモリセルトランジスタ2及びダミーセルトランジスタ2’とは独立に行うことができる。   According to the above manufacturing method, the memory cell transistor 2 and the dummy cell transistor 2 ′ are covered with the mask material 36 when performing ion implantation for forming the channel region of the selection transistor 3. For this reason, impurities are not implanted into regions where the memory cell transistor 2 and the dummy cell transistor 2 'are to be formed. Therefore, the channel control of the selection transistor 3 can be performed independently of the memory cell transistor 2 and the dummy cell transistor 2 '.

しかし、半導体プロセスの微細化の進展に伴って、選択トランジスタ3と隣接するダミーセルトランジスタ2’間の距離がますます小さくなっている。このため、開口部38を通って選択トランジスタ3のチャネル領域に導入された不純物が後段の活性化アニールにより拡散することにより、選択トランジスタ3とダミーセルトランジスタ2’が共有するソース/ドレイン拡散層5にまで達してしまう。その結果、このソース/ドレイン拡散層5の不純物のプロファイルが変化し、選択トランジスタ3に隣接するダミーセルトランジスタ2’の電気的特性がメモリセルトランジスタ2と異なるものとなる。   However, with the progress of miniaturization of the semiconductor process, the distance between the select transistor 3 and the adjacent dummy cell transistor 2 'becomes smaller and smaller. For this reason, the impurities introduced into the channel region of the selection transistor 3 through the opening 38 are diffused by the activation annealing in the subsequent stage, so that the source / drain diffusion layer 5 shared by the selection transistor 3 and the dummy cell transistor 2 ′ is formed. Will reach. As a result, the impurity profile of the source / drain diffusion layer 5 changes, and the electrical characteristics of the dummy cell transistor 2 ′ adjacent to the selection transistor 3 are different from those of the memory cell transistor 2.

即ち、このソース/ドレイン領域5とチャネル拡散層19の導電型は異なるものであるが、活性化アニールにより選択トランジスタ3のチャネル拡散層19がソース/ドレイン領域5まで広がるため、ソース/ドレイン領域5のキャリア濃度はソースドレイン領域4よりも小さくなる。その結果、選択トランジスタ3に隣接するダミーセルトランジスタ2’の電気的な特性は、メモリセルトランジスタ2と異なるものとなってしまう。   That is, the conductivity types of the source / drain region 5 and the channel diffusion layer 19 are different, but the channel diffusion layer 19 of the selection transistor 3 extends to the source / drain region 5 by activation annealing, so that the source / drain region 5 The carrier concentration of is lower than that of the source / drain region 4. As a result, the electrical characteristics of the dummy cell transistor 2 ′ adjacent to the selection transistor 3 are different from those of the memory cell transistor 2.

そこで、本実施形態では、以下に説明するように、選択トランジスタ3に隣接するメモリセルトランジスタであるダミーセルトランジスタ2’を、データの記憶素子に用いないダミーセルとして制御する。これにより、選択トランジスタ3のチャネル拡散層19がメモリセルトランジスタ2に与える影響を低減することができる。   Therefore, in the present embodiment, as described below, the dummy cell transistor 2 ′, which is a memory cell transistor adjacent to the selection transistor 3, is controlled as a dummy cell that is not used as a data storage element. As a result, the influence of the channel diffusion layer 19 of the selection transistor 3 on the memory cell transistor 2 can be reduced.

次に、ダミーセルトランジスタ2’を有するNAND型フラッシュメモリの制御方法の一例について説明する。   Next, an example of a control method of the NAND flash memory having the dummy cell transistor 2 'will be described.

図17は、各種メモリ動作(データ読み出し、消去、書き込み)を行う際のバイアス条件を示している。ここで、浮遊ゲート(電荷蓄積層8)に電子が蓄積された閾値電圧の高い状態(書き込み状態)をデータ“0”とする。一方、書き込み状態より閾値電圧が低い状態(消去状態)を、データ“1”とする。図18は、データ“0”及びデータ“1”に対応するメモリセルトランジスタの閾値電圧の分布をそれぞれ示している。   FIG. 17 shows bias conditions when performing various memory operations (data read, erase, write). Here, a high threshold voltage state (write state) in which electrons are stored in the floating gate (charge storage layer 8) is defined as data “0”. On the other hand, a state where the threshold voltage is lower than the writing state (erasing state) is defined as data “1”. FIG. 18 shows threshold voltage distributions of the memory cell transistors corresponding to data “0” and data “1”, respectively.

データ読み出しは、以下のようにして行う。まず、ビット線BLの電位Vblを例えば0 .5Vにプリチャージする。その後、ワード線WL0〜WL15のうち選択されたワード線に、図18に示すデータ“0”と“1”の閾値電圧の分布を判別可能な読み出し電圧Vrを印加し、残りの非選択ワード線及びダミーワード線DWL0,1には、データ“0”,“1”に拘わらずトランジスタがオンとなるパス電圧Vreadを与える。そして、選択ゲート線SGD,SGSには例えば、電源電圧Vcc(或いはVccより高い適当な中間電圧)を与える。これにより、選択メモリセルがオンしている場合はビット線の電位が下がり、オフの場合はビット線の電位が維持される。これにより、選択メモリセルのオン/オフをビット線の電位から検出することができ、データの判定ができる。   Data reading is performed as follows. First, the potential Vbl of the bit line BL is set to 0. Precharge to 5V. Thereafter, a read voltage Vr capable of discriminating the distribution of threshold voltages of data “0” and “1” shown in FIG. 18 is applied to the selected word line among the word lines WL0 to WL15, and the remaining unselected word lines The dummy word lines DWL0, 1 are supplied with a pass voltage Vread that turns on the transistor regardless of the data “0”, “1”. For example, the power supply voltage Vcc (or an appropriate intermediate voltage higher than Vcc) is applied to the selection gate lines SGD and SGS. Thereby, the potential of the bit line is lowered when the selected memory cell is on, and the potential of the bit line is maintained when the selected memory cell is off. Thereby, ON / OFF of the selected memory cell can be detected from the potential of the bit line, and data can be determined.

選択されたブロック内のデータ消去は、ビット線BL及び選択ゲート線SGD,SGSをフローティングとし、全ワード線WLを0Vとした状態において、半導体基板1(若しくはp型ウェル)に消去電圧Vera(例えば18V)を印加することにより行う。このとき、ダミーワード線DWL0 ,DWL1についてもワード線WLと同様に0Vとする。これにより、選択されたブロック内のメモリセルトランジスタの浮遊ゲート(電荷蓄積層8)から電子が放出されて、データが消去される。   Data erasing in the selected block is performed by erasing the voltage Vera (for example, p-type well) on the semiconductor substrate 1 (or the p-type well) in a state where the bit line BL and the selection gate lines SGD and SGS are in a floating state and all word lines WL are set to 0V. 18V) is applied. At this time, the dummy word lines DWL0 and DWL1 are also set to 0 V similarly to the word line WL. As a result, electrons are emitted from the floating gate (charge storage layer 8) of the memory cell transistor in the selected block, and data is erased.

データ書き込みは、以下のようにする。選択ワード線に書き込み電圧Vpgmを与え、残りの非選択ワード線及びダミーワード線DWL0,1には、電源電圧Vccより高い適当な中間電圧Vpassを与える。但し、この書き込み電圧Vpgmを印加する前に、ビット線側の選択ゲート線SGDをVcc、ソース線側の選択ゲート線SGSを0Vとした状態で、書き込みデータ“0”,“1”に応じてVss, Vccをビット線BLに与えて、NANDセルチャネルをプリチャージする。“0”データが与えられたチャネルはVssになり、“1”データが与えられたチャネルはVcc−Vth(Vthは選択トランジスタの閾値電圧)のフローティングになる。この状態で書き込み電圧Vpgmを選択ワード線に印加することによって、“0”データが与えられたメモリセルでは、チャネルから浮遊ゲートに電子が注入される。“1”データが与えられたメモリセルでは、チャネルの電位が容量カップリングにより上昇して、浮遊ゲートに電子が注入されない。こうして、選択ワード線に沿って“0”データが与えられたメモリセルは、図18に示す閾値電圧の高いデータ“0”の書き込み状態になる。   Data writing is performed as follows. A write voltage Vpgm is applied to the selected word line, and an appropriate intermediate voltage Vpass higher than the power supply voltage Vcc is applied to the remaining unselected word lines and dummy word lines DWL0,1. However, before applying the write voltage Vpgm, the bit line side select gate line SGD is set to Vcc and the source line side select gate line SGS is set to 0 V in accordance with the write data “0”, “1”. Vss and Vcc are applied to the bit line BL to precharge the NAND cell channel. A channel to which “0” data is applied becomes Vss, and a channel to which “1” data is applied is in a floating state of Vcc−Vth (Vth is a threshold voltage of the selection transistor). In this state, by applying the write voltage Vpgm to the selected word line, electrons are injected from the channel to the floating gate in the memory cell to which “0” data is applied. In a memory cell to which “1” data is applied, the channel potential rises due to capacitive coupling, and electrons are not injected into the floating gate. Thus, the memory cell to which “0” data is applied along the selected word line is in a write state of data “0” having a high threshold voltage shown in FIG.

上記のデータ制御方法によれば、データ消去/書き込み/読み出しのメモリ動作に関して、ダミーセルを導入しても、複雑な動作は必要がなく、従来と変わらない動作条件による動作が可能である。   According to the data control method described above, even if dummy cells are introduced for memory operations for data erasing / writing / reading, complicated operations are not necessary, and operations can be performed under operating conditions that are not different from conventional ones.

以上説明したように、本実施形態では、開口部38を用いたイオン注入により選択トランジスタ3のチャネル制御を行う。これにより、選択トランジスタ3の閾値電圧を所定の値にすることができる。さらに、本実施形態では、選択トランジスタ3に隣接するメモリセルトランジスタ(ダミーセルトランジスタ2’)を、ダミーセルとして制御する。これにより、半導体プロセスの微細化の進展により選択トランジスタ3とNANDセルユニットNCU間の距離が縮まった場合においても、メモリセルトランジスタ2に対する選択トランジスタ3のチャネル拡散層19の影響を低減することができる。   As described above, in this embodiment, channel control of the selection transistor 3 is performed by ion implantation using the opening 38. Thereby, the threshold voltage of the selection transistor 3 can be set to a predetermined value. Furthermore, in this embodiment, the memory cell transistor (dummy cell transistor 2 ′) adjacent to the selection transistor 3 is controlled as a dummy cell. Thereby, even when the distance between the selection transistor 3 and the NAND cell unit NCU is shortened due to the progress of miniaturization of the semiconductor process, the influence of the channel diffusion layer 19 of the selection transistor 3 on the memory cell transistor 2 can be reduced. .

上記の記載に基づいて、当業者であれば、本発明の追加の効果や種々の変形を想到できるかもしれないが、本発明の態様は、上述した実施形態に限定されるものではない。特許請求の範囲に規定された内容及びその均等物から導き出される本発明の概念的な思想と趣旨を逸脱しない範囲で種々の追加、変更及び部分的削除が可能である。   Based on the above description, those skilled in the art may be able to conceive additional effects and various modifications of the present invention, but the aspects of the present invention are not limited to the above-described embodiments. Various additions, modifications, and partial deletions can be made without departing from the concept and spirit of the present invention derived from the contents defined in the claims and equivalents thereof.

1 半導体基板
2 メモリセルトランジスタ
2’ ダミーセルトランジスタ
3 選択トランジスタ
4,5,12 ソース/ドレイン領域
6 ゲート絶縁膜
7,7’,13 ゲート電極
8 電荷蓄積層
9,15 ゲート間絶縁膜
10 制御ゲート
11,18,19 チャネル拡散層
14,17 導電層
16 接続部
20 領域
21 活性領域
22 素子分離領域
30 犠牲シリコン膜
31 イオン注入層
32 浮遊ゲート電極層
33 マスク材
34 シリコン酸化膜
35 ゲート間絶縁膜
36 マスク材
37 レジスト
38 開口部
39 制御ゲート電極材
101 メモリセルアレイ
102 センスアンプ/データラッチ
103 カラムデコーダ
104 I/Oバッファ
105 ロウデコーダ/ワード線ドライバ
106 アドレスレジスタ
107 制御回路
108 高電圧発生回路
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor substrate 2 Memory cell transistor 2 'Dummy cell transistor 3 Select transistor 4, 5, 12 Source / drain region 6 Gate insulating film 7, 7', 13 Gate electrode 8 Charge storage layer 9, 15 Inter-gate insulating film 10 Control gate 11 , 18, 19 Channel diffusion layers 14 and 17 Conductive layer 16 Connection portion 20 Region 21 Active region 22 Element isolation region 30 Sacrificial silicon film 31 Ion implantation layer 32 Floating gate electrode layer 33 Mask material 34 Silicon oxide film 35 Intergate insulating film 36 Mask material 37 Resist 38 Opening 39 Control gate electrode material 101 Memory cell array 102 Sense amplifier / data latch 103 Column decoder 104 I / O buffer 105 Row decoder / word line driver 106 Address register 107 Control circuit 108 High voltage generation circuit

Claims (4)

直列接続された複数のメモリセルトランジスタを有するメモリセルユニットと、前記メモリセルユニットに直列接続された選択トランジスタと、を備える半導体記憶装置であって、
前記メモリセルトランジスタは、
半導体基板上に形成された第1のゲート絶縁膜と、
前記第1のゲート絶縁膜上に設けられた電荷蓄積層、前記電荷蓄積層上に設けられたゲート間絶縁膜、及び前記ゲート間絶縁膜上に設けられた制御ゲートを有する第1のゲート電極と、
前記第1のゲート電極下の前記半導体基板中に形成され、第1の導電型の不純物を第1の濃度で含む第1のチャネル領域と、
前記第1のチャネル領域を挟むように前記半導体基板中に形成された、第2の導電型の第1のソース/ドレイン領域と、を有し、
前記選択トランジスタは、
少なくとも一部の領域に前記第1の導電型の不純物を含む第2のゲート絶縁膜と、
前記第2のゲート絶縁膜上に設けられた第1の導電層、前記第1の導電層上に設けられ、前記第2のゲート絶縁膜において前記第1の導電型の前記不純物を含む領域の少なくとも一部の領域の直上に位置する接続部、及び前記接続部により前記第1の導電層と電気的に接続された第2の導電層を有する第2のゲート電極と、
前記第2のゲート電極下の前記半導体基板中に形成され、前記第1の導電型の前記不純物を、前記第1の濃度より高い第2の濃度で含む第2のチャネル領域と、
前記第2のチャネル領域を挟むように前記半導体基板中に形成された、前記第2の導電型の第2のソース/ドレイン領域と、を有し、
前記選択トランジスタに隣接する前記メモリセルトランジスタは、ダミーセルとして制御されるダミーセルトランジスタであることを特徴とする半導体記憶装置。
A semiconductor memory device comprising: a memory cell unit having a plurality of memory cell transistors connected in series; and a selection transistor connected in series to the memory cell unit,
The memory cell transistor is
A first gate insulating film formed on the semiconductor substrate;
A first gate electrode having a charge storage layer provided on the first gate insulating film, an intergate insulating film provided on the charge storage layer, and a control gate provided on the intergate insulating film When,
A first channel region formed in the semiconductor substrate under the first gate electrode and containing a first conductivity type impurity at a first concentration;
A first source / drain region of a second conductivity type formed in the semiconductor substrate so as to sandwich the first channel region,
The selection transistor is:
A second gate insulating film containing the impurity of the first conductivity type in at least a part of the region;
A first conductive layer provided on the second gate insulating film; provided on the first conductive layer; wherein the second gate insulating film includes a region containing the impurity of the first conductivity type. A second gate electrode having a connection portion located immediately above at least a part of the region, and a second conductive layer electrically connected to the first conductive layer by the connection portion;
A second channel region formed in the semiconductor substrate under the second gate electrode and containing the impurity of the first conductivity type at a second concentration higher than the first concentration;
A second source / drain region of the second conductivity type formed in the semiconductor substrate so as to sandwich the second channel region,
The semiconductor memory device, wherein the memory cell transistor adjacent to the selection transistor is a dummy cell transistor controlled as a dummy cell.
前記メモリセルトランジスタのデータを消去する際、前記ダミーセルトランジスタの前記第1のゲート電極には、他の前記メモリセルトランジスタと同じバイアス電圧が印加されることを特徴とする請求項1に記載の半導体記憶装置。   2. The semiconductor according to claim 1, wherein when erasing data of the memory cell transistor, the same bias voltage as that of the other memory cell transistor is applied to the first gate electrode of the dummy cell transistor. Storage device. 前記メモリセルトランジスタのデータを読み出し及び書き込む際、前記ダミーセルトランジスタに、非選択の前記メモリセルトランジスタと同じバイアス電圧が印加されることを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体記憶装置。   3. The semiconductor memory device according to claim 1, wherein when reading and writing data of the memory cell transistor, the same bias voltage as that of the non-selected memory cell transistor is applied to the dummy cell transistor. 半導体基板の表面に第1の導電型の不純物を第1の濃度に注入し、
前記半導体基板の表面にゲート絶縁膜を形成し、
前記ゲート絶縁膜上に第1の導電層を形成し、
前記半導体基板中及び前記ゲート絶縁膜中に素子分離領域を形成し、
前記素子分離領域上及び前記第1の導電層上にゲート間絶縁膜を形成し、
前記ゲート間絶縁膜の表面の少なくとも一部を露出させる開口部を有するマスク材を、前記ゲート間絶縁膜上に形成し、
前記マスク材の開口部を介して、前記半導体基板中に第1の導電型の不純物を、前記第1の濃度よりも高い第2の濃度に注入し、
前記マスク材の開口部に露出する前記ゲート間絶縁膜を除去し、
前記ゲート間絶縁膜上に第2の導電層を、前記ゲート間絶縁膜が除去された領域を介して前記第2の導電層が前記第1の導電層と接続されるように形成し、
前記第1の導電層、前記ゲート間絶縁膜、及び前記第2の導電層をパターニングすることにより、積層ゲート電極を形成し、
前記積層ゲート電極周囲の前記半導体基板中に第2の導電型の不純物を注入することにより、ソース/ドレイン領域を形成する、
ことを特徴とする半導体装記憶置の製造方法。
Injecting an impurity of the first conductivity type into the surface of the semiconductor substrate to a first concentration,
Forming a gate insulating film on the surface of the semiconductor substrate;
Forming a first conductive layer on the gate insulating film;
Forming an isolation region in the semiconductor substrate and in the gate insulating film;
Forming an inter-gate insulating film on the element isolation region and the first conductive layer;
A mask material having an opening exposing at least a part of the surface of the inter-gate insulating film is formed on the inter-gate insulating film,
Impurities of the first conductivity type are implanted into the semiconductor substrate to a second concentration higher than the first concentration through the opening of the mask material,
Removing the inter-gate insulating film exposed in the opening of the mask material;
Forming a second conductive layer on the inter-gate insulating film so that the second conductive layer is connected to the first conductive layer through a region where the inter-gate insulating film is removed;
A patterned gate electrode is formed by patterning the first conductive layer, the intergate insulating film, and the second conductive layer,
Source / drain regions are formed by implanting a second conductivity type impurity into the semiconductor substrate around the stacked gate electrode.
A method of manufacturing a semiconductor device memory device.
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