JP2015060874A - 不揮発性半導体記憶装置 - Google Patents

不揮発性半導体記憶装置 Download PDF

Info

Publication number
JP2015060874A
JP2015060874A JP2013192059A JP2013192059A JP2015060874A JP 2015060874 A JP2015060874 A JP 2015060874A JP 2013192059 A JP2013192059 A JP 2013192059A JP 2013192059 A JP2013192059 A JP 2013192059A JP 2015060874 A JP2015060874 A JP 2015060874A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
region
memory cell
film
peripheral circuit
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2013192059A
Other languages
English (en)
Inventor
坂本　渉
Wataru Sakamoto
渉 坂本
健太 山田
Kenta Yamada
健太 山田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP2013192059A priority Critical patent/JP2015060874A/ja
Priority to US14/291,816 priority patent/US20150076578A1/en
Publication of JP2015060874A publication Critical patent/JP2015060874A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10B—ELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B41/00—Electrically erasable-and-programmable ROM [EEPROM] devices comprising floating gates
    • H10B41/40—Electrically erasable-and-programmable ROM [EEPROM] devices comprising floating gates characterised by the peripheral circuit region
    • H10B41/41—Electrically erasable-and-programmable ROM [EEPROM] devices comprising floating gates characterised by the peripheral circuit region of a memory region comprising a cell select transistor, e.g. NAND
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10B—ELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B41/00—Electrically erasable-and-programmable ROM [EEPROM] devices comprising floating gates
    • H10B41/20—Electrically erasable-and-programmable ROM [EEPROM] devices comprising floating gates characterised by three-dimensional arrangements, e.g. with cells on different height levels
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10B—ELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B41/00—Electrically erasable-and-programmable ROM [EEPROM] devices comprising floating gates
    • H10B41/50—Electrically erasable-and-programmable ROM [EEPROM] devices comprising floating gates characterised by the boundary region between the core region and the peripheral circuit region

Landscapes

  • Semiconductor Memories (AREA)
  • Non-Volatile Memory (AREA)

Abstract

【課題】高集積化に適した不揮発性半導体記憶装置を提供する。
【解決手段】不揮発性半導体記憶装置は、メモリセル領域Ｍと、メモリセル領域Ｍに隣接する周辺回路領域Ｐと、メモリセル領域Ｍの第１層目Ｌ１に配置された第１メモリセルユニットと、メモリセル領域Ｍの第ｋ層目（ｋは２以上の整数）に配置され、第１方向に延び、第１方向に交差する第２方向に第１幅を存して形成された素子領域を有する第２メモリセルユニットと、周辺回路領域Ｐの１層目Ｌ１に形成された周辺回路素子と、を備え、周辺回路領域Ｐのｋ層目には、第１幅の２ｎ＋１倍（但しｎ≧０の整数）の第２幅を第２方向に存して形成されたダミー素子領域ＤＭを備える。
【選択図】図４

Description

本発明の実施形態は、不揮発性半導体記憶装置に関する。
不揮発性半導体記憶装置は様々な機器に搭載されている。不揮発性半導体記憶装置は、多数のセルユニットを備える。近年、半導体素子の微細化、高集積化の進展に伴い、セルユニットを３次元階層的に構成したり、ディプレッション型メモリセルを構成したりすることが検討されている。
特開２００８−１４０９１２号公報
高集積化に適した不揮発性半導体記憶装置を提供する。
実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置は、メモリセル領域と、前記メモリセル領域に隣接する周辺回路領域と、前記メモリセル領域の第１層目に配置された第１メモリセルユニットと、前記メモリセル領域の第ｋ層目（ｋは２以上の整数）に配置され、第１方向に延び、前記第１方向に交差する第２方向に第１幅を存して形成された素子領域を有する第２メモリセルユニットと、前記周辺回路領域の前記１層目に形成された周辺回路素子と、を備え、前記周辺回路領域の前記ｋ層目には、前記第１幅の２ｎ＋１倍（但しｎ≧０の整数）の第２幅を前記第２方向に存して形成されたダミー素子領域を備える。
実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置は、メモリセル領域と、前記メモリセル領域に隣接する周辺回路領域と、前記メモリセル領域の第１層目に配置された第１メモリセルユニットと、前記メモリセル領域の第ｋ層目（ｋは２以上の整数）に配置され、第１方向に延び、前記第１方向に交差する第２方向に第１幅を存して形成された素子領域を有する第２メモリセルユニットと、前記周辺回路領域の前記１層目に形成された周辺回路素子と、前記周辺回路領域内の前記ｋ層目に前記第１方向に沿うと共に前記第２方向に離間して形成されたダミー素子領域と、前記ダミー素子領域に接触しつつ前記第１層目の複数の周辺回路素子まで積層方向にそれぞれ貫通する複数のコンタクトと、を備え、前記複数のコンタクトは側面が絶縁膜により覆われている。
第１実施形態の不揮発性半導体記憶装置の電気的構成の一部を概略的に示すブロック図の一例である。 第１実施形態の不揮発性半導体記憶装置の構造を模式的に示す平面図の一例である（（Ａ）はメモリセル領域の一部構造の配置を模式的に示す平面図の一例、（Ｂ）は周辺回路領域の周辺回路素子の構造を模式的に示す平面図の一例、（Ｃ）はメモリセル領域と周辺回路領域の配置関係を示す平面図の一例）。 第１実施形態において、メモリセル領域内の構造を図２（Ａ）のＡ−Ａ線に沿って模式的に示す縦断面図の一例である。 第１実施形態において、メモリセル領域、周辺回路領域、それらの境界領域の構造を図２（Ｃ）のＢ−Ｂ線に沿って模式的に示す縦断面図の一例である。 第１実施形態の構造の一製造段階を模式的に示す縦断面図の一例である（その１）。 第１実施形態の構造の一製造段階を模式的に示す縦断面図の一例である（その２）。 第１実施形態の構造の一製造段階を模式的に示す縦断面図の一例である（その３）。 第１実施形態の構造の一製造段階を模式的に示す縦断面図の一例である（その４）。 第１実施形態の構造の一製造段階を模式的に示す縦断面図の一例である（その５）。 第１実施形態の構造の一製造段階を模式的に示す縦断面図の一例である（その６）。 第２実施形態において、メモリセル領域、周辺回路領域、それらの境界領域の構造を図２（Ｃ）のＢ−Ｂ線に沿って模式的に示す縦断面図の一例である。 第２実施形態の構造の一製造段階を模式的に示す縦断面図の一例である（その１）。 第２実施形態の構造の一製造段階を模式的に示す縦断面図の一例である（その２）。 第２実施形態の構造の一製造段階を模式的に示す縦断面図の一例である（その３）。 第２実施形態の構造の一製造段階を模式的に示す縦断面図の一例である（その４）。 第２実施形態の構造の一製造段階を模式的に示す縦断面図の一例である（その５）。 第２実施形態の構造の一製造段階を模式的に示す縦断面図の一例である（その６）。 第２実施形態の構造の一製造段階を模式的に示す縦断面図の一例である（その７）。 第２実施形態の構造の一製造段階を模式的に示す縦断面図の一例である（その８）。 第２実施形態の構造の一製造段階を模式的に示す縦断面図の一例である（その９）。 第２実施形態の構造の一製造段階を模式的に示す縦断面図の一例である（その１０）。 第３実施形態において、メモリセル領域、周辺回路領域、それらの境界領域の構造を図２（Ｃ）のＢ−Ｂ線に沿って模式的に示す縦断面図の一例である。 第３実施形態の構造の一製造段階を模式的に示す縦断面図の一例である（その１）。 第３実施形態の構造の一製造段階を模式的に示す縦断面図の一例である（その２）。 第３実施形態の構造の一製造段階を模式的に示す縦断面図の一例である（その３）。 第３実施形態の構造の一製造段階を模式的に示す縦断面図の一例である（その４）。 第３実施形態の構造の一製造段階を模式的に示す縦断面図の一例である（その５）。 第３実施形態の構造の一製造段階を模式的に示す縦断面図の一例である（その６）。 第３実施形態の構造の一製造段階を模式的に示す縦断面図の一例である（その７）。 第３実施形態の構造の一製造段階を模式的に示す縦断面図の一例である（その８）。 第３実施形態の構造の一製造段階を模式的に示す縦断面図の一例である（その９）。 第３実施形態の構造の一製造段階を模式的に示す縦断面図の一例である（その１０）。 第３実施形態の構造の一製造段階を模式的に示す縦断面図の一例である（その１１）。 第３実施形態の構造の一製造段階を模式的に示す縦断面図の一例である（その１２）。 第３実施形態の構造の一製造段階を模式的に示す縦断面図の一例である（その１３）。 第３実施形態の構造の一製造段階を模式的に示す縦断面図の一例である（その１４）。 第３実施形態の構造の一製造段階を模式的に示す縦断面図の一例である（その１５）。 第３実施形態の構造の一製造段階を模式的に示す縦断面図の一例である（その１６）。 第３実施形態の構造の一製造段階を模式的に示す縦断面図の一例である（その１７）。 第３実施形態の構造の一製造段階を模式的に示す縦断面図の一例である（その１８）。 第３実施形態の構造の一製造段階を模式的に示す縦断面図の一例である（その１９）。 第４実施形態において、抵抗素子の構造を模式的に示す平面図の一例である。 第４実施形態において図４２のＣ−Ｃ線に沿って模式的に示す縦断面図の一例である。 第４実施形態の構造の一製造段階を模式的に示す平面図の一例である。 第４実施形態の構造の一製造段階を模式的に示す縦断面図の一例である（その１）。 第４実施形態において、（ａ）は一製造段階における構造を模式的に示す縦断面図の一例、（ｂ）は一製造段階における構造を模式的に示す縦断面図の一例である（その２）。 第４実施形態において、（ａ）は一製造段階における構造を模式的に示す平面図の一例、（ｂ）は一製造段階における構造を模式的に示す縦断面図の一例である（その３）。 第４実施形態において、容量素子の構造を模式的に示す平面図の一例である。 第４実施形態において図４８のＤ−Ｄ線に沿って模式的に示す縦断面図の一例である。 第４実施形態において、（ａ）は図４８のＥ−Ｅ線に沿って模式的に示す縦断面図の一例、（ｂ）は一製造段階における構造を模式的に示す平面図の一例である。 第５実施形態において、一層目の構造と二層目以上の構造の関係を模式的に示す平面図の一例である。 第５実施形態において図５１のＦ−Ｆ線に沿って模式的に示す縦断面図の一例である。 第５実施形態において図５１のＪ−Ｊ線に沿って模式的に示す縦断面図の一例である。 第５実施形態の構造の一製造段階を模式的に示す縦断面図の一例である（その１）。 第５実施形態の構造の一製造段階を模式的に示す縦断面図の一例である（その２）。 第５実施形態の構造の一製造段階を模式的に示す縦断面図の一例である（その３）。 第６実施形態において、一層目の構造と二層目以上の構造の関係を模式的に示す平面図の一例である。 第６実施形態において図５７のＨ−Ｈ線に沿って模式的に示す縦断面図の一例である。 第６実施形態の構造の一製造段階を模式的に示す縦断面図の一例である（その１）。 第６実施形態の構造の一製造段階を模式的に示す縦断面図の一例である（その２）。 第７実施形態において、半導体基板の上部に段差が形成されていないときのディプレッションモードの動作説明図の一例である。 第７実施形態において、半導体基板の上部に段差が形成されていないときのアキュムレーションモードの動作説明図の一例である。 第７実施形態において、半導体基板に段差が形成されていないときにおいて、ディプレッションモードとアキュムレーションモードとが混在する場合の動作説明図の一例である。 第７実施形態においてメモリセルユニットの構造を模式的に示す縦断面図の一例である。 第７実施形態において一部のメモリセルトランジスタの構造を模式的に示す縦断面図の一例である。 第７実施形態の構造の動作説明図の一例である（その１）。 第７実施形態の構造の動作説明図の一例である（その２）。 第７実施形態の構造の動作説明図の一例である（その３）。 第７実施形態の構造の動作説明図の一例である（その４）。 第７実施形態の構造の一製造段階を模式的に示す縦断面図の一例である（その１）。 第７実施形態の構造の一製造段階を模式的に示す縦断面図の一例である（その２）。 第７実施形態の構造の一製造段階を模式的に示す縦断面図の一例である（その３）。 第７実施形態の構造の変形例を模式的に示す縦断面図の一例である。 第８実施形態において、メモリセルユニットの構造を模式的に示す縦断面図の一例である。 第８実施形態において一部のメモリセルトランジスタの構造を模式的に示す縦断面図の一例である。 第９実施形態においてメモリセルユニットの構造を模式的に示す縦断面図の一例である。
以下、不揮発性半導体記憶装置およびその製造方法の幾つかの実施形態について図面を参照しながら説明する。尚、以下に参照する図面内の記載において、同一または類似の部分には同一又は類似の符号を付して表している。また、説明の都合上、実施形態の説明における上下左右や高低、溝の深浅などの方向は、後述する半導体基板の裏面側を基準とした相対的な位置関係である。
（第１実施形態）
不揮発性半導体記憶装置をＮＡＮＤ型のフラッシュメモリ装置に適用した第１実施形態について図１〜図１０を参照しながら説明する。
図１はＮＡＮＤ型のフラッシュメモリ装置の電気的構成をブロック図により概略的に示す。図１に示すように、ＮＡＮＤ型のフラッシュメモリ装置Ａは、メモリセルユニットＵＣを多数マトリックス状に具備したメモリセルアレイＡｒと、このメモリセルアレイＡｒを駆動するための周辺回路ＰＣとを備える。
周辺回路ＰＣは、周辺回路領域Ｐ内に構成されており、メモリセルアレイＡｒの各ブロックＢkに電圧を印加するためのロウデコーダ、電流を検知するセンスアンプ等が設けられると共に、外部信号を処理する論理回路、電源キャパシタなど（何れも図示せず）が設けられる。周辺回路ＰＣ内の構成は、詳細説明を省略し、周辺トランジスタＴｒｐ、容量素子Ｃａ、抵抗素子Ｒａなどの周辺回路素子の説明を後述するにとどめ、便宜上、周辺回路ＰＣの一部又は全部を制御回路ＣＣと定義して説明を行う。
メモリセルアレイＡｒはメモリセル領域Ｍ内に構成される。ここで、図１においては、半導体基板１に構成された第１層目Ｌ１の電気的構成を示し、第２層目Ｌ２（後述の図３参照）の電気的構成を省略している。メモリセルアレイＡｒは、所謂積層メモリセルアレイ構造を採用しており、第２層目Ｌ２の電気的構成は第１層目Ｌ１の電気的構成とほぼ同一となる。このため、以下では第１層目Ｌ１の電気的構成説明を行い、第２層目Ｌ２の電気的構成説明を省略する。本実施形態において、メモリセル領域ＭのメモリセルアレイＡｒの積層構造は２層構造の例を示すが、このメモリセル領域Ｍのアレイ積層構造は３層以上の構造でも適用可能である。
メモリセルアレイＡｒは、多数のセルユニットＵＣをＸ方向に配列して構成される。なお、図１には２ブロックＢk、Ｂk+1の構成のみ示しているが、第１層目Ｌ１の電気的構成は、１ブロック分のセルユニットＵＣによるセルユニット群をＹ方向（ビット線方向）に配列して構成される。
各セルユニットＵＣは、複数の選択トランジスタＴｒｓ１、Ｔｒｓ２と、これらの選択トランジスタＴｒｓ１−Ｔｒｓ２間に直列接続された複数個（例えば６４個）のメモリセルトランジスタＴｒｍとを備える。これらの選択トランジスタＴｒｓ１及びＴｒｓ２間に直列接続された複数個のメモリセルトランジスタＴｒｍはセルストリングＳＣを構成する。
選択トランジスタＴｒｓ１は、そのドレイン／ソースの一方がビット線ＢＬに接続されており、その他方がセルストリングＳＣの一方に接続されている。セルストリングＳＣの他方には選択トランジスタＴｒｓ２のドレイン／ソースの一方に接続されており、この選択トランジスタＴｒｓ２のドレイン／ソースの他方はソース線ＳＬに接続される。
なお、選択トランジスタＴｒｓ１とメモリセルトランジスタＴｒｍとの間にダミートランジスタを設けても良いし、選択トランジスタＴｒｓ２とメモリセルトランジスタＴｒｍとの間にダミートランジスタを設けても良い。
図１中、Ｘ方向に配列された複数のセルユニットＵＣのメモリセルトランジスタＴｒｍのゲート電極ＭＧ（図３参照）はワード線ＷＬにより共通接続されている。また、図１中Ｘ方向に配列された選択トランジスタＴｒｓ１の選択ゲート電極ＳＧＤ（図３参照）は、選択ゲート線ＳＧＬ１により共通接続されており、選択トランジスタＴｒｓ２の選択ゲート電極ＳＧＳ（図３参照）は、選択ゲート線ＳＧＬ２により共通接続されている。選択トランジスタＴｒｓ１のドレイン領域にはビット線コンタクトＣＢが設けられ、選択トランジスタＴｒｓ２のソース領域にはソース線コンタクトＣＳが設けられる。
図２（Ａ）はメモリセル領域内の１層目における一部ブロックのレイアウトパターンを模式的に示す平面図の一例である。なお、第２層目Ｌ２のブロックのレイアウトパターンは第１層目Ｌ１のブロックのレイアウトパターンとほぼ同一となる。
ブロックＢｋ（ｋ≧１）の各セルユニットＵＣは、各ビット線コンタクトＣＢの構成領域を折返し領域としてＹ方向に線対称に折り返し構成されている。すなわち、図２（Ａ）に示すように、ブロックＢkの選択ゲート線ＳＧＬ１は、ブロックＢk+1の選択ゲート線ＳＧＬ１とビット線コンタクトＣＢの形成領域を挟んで対向配置されている。
また、ブロックＢｋの各セルユニットＵＣは、各ソース線コンタクトＣＳの形成領域を折返し領域としてＹ方向に線対称に折り返し構成されている。ブロックＢk+1の選択ゲート線ＳＧＬ２は、ブロックＢk+2の選択ゲート線ＳＧＬ２とソース線コンタクトＣＳの形成領域を挟んで対向配置されている。
半導体基板１は例えばシリコン基板を用いて構成され、図２（Ａ）中のＹ方向に沿ってＳＴＩ（Shallow Trench Isolation）構造の素子分離領域Ｓｂが構成されている。各セルユニットＵＣの素子領域Ｓａは素子分離領域Ｓｂにより図２（Ａ）中のＸ方向に互いに分離されている。
これにより、素子領域ＳａがそれぞれＹ方向に延伸すると共に互いにＸ方向に分離して構成されている。これらの素子領域Ｓａは、互いにＸ方向に等幅およびＸ方向に等間隔で形成されている。ビット線コンタクトＣＢは、各セルユニットＵＣの素子領域Ｓａに接触するように形成されている。また、ソース線コンタクトＣＳは、各セルユニットＵＣの素子領域Ｓａに接触するように形成されている。
以上のように説明した構造が、１層目Ｌ１のセルユニットＵＣを含む構造である。本実施形態では、図３に示すようにこれらの１層目Ｌ１のセルユニットＵＣの構成が層間絶縁膜（図３には図示せず）を介して３次元階層的に２層目Ｌ２にも構成されている。そして、これらの１層目Ｌ１、２層目Ｌ２により構成される積層メモリセルアレイ構造の上に、ソース線ＳＬ、ビット線ＢＬが形成されている。
図２（Ａ）に示すように、ビット線ＢＬはそれぞれ図２（Ａ）中のＹ方向に延伸しＸ方向に離間して構成されている。これらのビット線ＢＬは、互いにＸ方向に等幅およびＸ方向に等間隔で形成されている。他方、ソース線ＳＬは、複数のセルユニットＵＣのソース線コンタクトＣＳ上に渡りＸ方向に沿って形成されている。
図２（Ｂ）は周辺回路領域Ｐ内の１層目Ｌ１に構成される周辺トランジスタＴｒｐの構造の一例を模式的に示している。周辺回路領域Ｐには、例えば周辺トランジスタＴｒｐが構成される。周辺トランジスタＴｒｐは例えば高耐圧又は低耐圧型のトランジスタなど、複数の種類を有している。この周辺トランジスタＴｒｐは、矩形状の素子領域５１を備えると共に、当該素子領域５１のほぼ中央の一部を横切るように当該素子領域５１上にゲート電極ＰＧを備える。
素子領域５１はその周囲が絶縁膜により埋込まれており素子分離領域５２として構成される。また素子領域５１から外方に張り出したゲート電極ＰＧ上にはコンタクトＣＰ１が形成されており、当該コンタクトＣＰ１を介して上層配線（後述の図４の符号２３、２４参照）に接続されている。また、ゲート電極ＰＧの両脇の素子領域５１上にはソース／ドレイン接続用のコンタクトＣＰ２が形成されている。
図２（Ｃ）はメモリセル領域Ｍと周辺回路領域Ｐの配置関係の一例を模式的に示す。図２（Ｃ）に示すように、メモリセル領域Ｍは例えば周辺回路領域Ｐによりその周囲が囲まれている。これらのメモリセル領域Ｍ内と周辺回路領域Ｐ内とは設計ルールが大幅に異なる素子を形成するため、これらの設計ルールの緩和解消のため、プロセス設計上の理由からダミー領域ＤＭ（図４参照）が設けられることもある。このダミー領域ＤＭは、領域Ｐ又はＭのいずれかの設計ルールが適用される場合もあれば、当該領域Ｐ及びＭの幅、間隔の中間の設計ルールが適用される場合もある。このダミー領域ＤＭに構成される要素は電気的に機能しない要素の場合がある。
以下、本実施形態において、メモリセル領域Ｍ内の１層目Ｌ１及び２層目Ｌ２以上の断面構造を説明する。図３はメモリセル領域Ｍの断面構造の一例を図２（Ａ）のＡ−Ａ線に沿って模式的に示す。図４はメモリセル領域Ｍ、周辺回路領域Ｐ、および当該領域間のダミー領域ＤＭの断面構造の一例を図２（Ｃ）のＢ−Ｂ線に沿って模式的に示す。
図３および図４を参照し、メモリセルトランジスタＴｒｍの構造を概略的に説明する。まず図４において、半導体基板１には例えばＰ型の単結晶シリコン基板を用いている。半導体基板１の上部には素子分離溝２が形成されている。この素子分離溝２はＸ方向に離間してＹ方向に沿って複数形成されている。これらの素子分離溝２は素子領域ＳａをＸ方向に分離している。この素子分離溝２内には素子分離膜３が埋込まれ、これによりＳＴＩ構造の素子分離領域Ｓｂを構成する。
素子分離領域Ｓｂにより分離された素子領域Ｓａ上には、トンネル絶縁膜４が形成されている。このトンネル絶縁膜４上にはゲート電極ＭＧが形成されている。このゲート電極ＭＧは、電荷蓄積層ＦＧと、電荷蓄積層ＦＧ上に形成されたＩＰＤ膜（電極間絶縁膜）５と、ＩＰＤ膜５上に形成された制御電極ＣＧと、を備える。
トンネル絶縁膜４は、シリコン基板１の素子領域Ｓａ上に形成され例えばシリコン酸化膜により構成される。電荷蓄積層ＦＧは、例えばリン、または、ボロンの不純物がドープされたポリシリコン膜と、当該ポリシリコン膜上に形成された例えばＳｉＮ又はＨｆＯなどからなる電荷トラップ膜（図示せず）とを備えた導電層２２により構成される。なお、電荷トラップ膜は特にポリシリコン膜が薄い場合など必要に応じて設けられる。
ＩＰＤ膜５は、素子分離膜３の上面、および、電荷蓄積層ＦＧの上面に沿って形成されており、電極間絶縁膜、導電層間絶縁膜とも言い換えることができる。ＩＰＤ膜５としては、高誘電体膜（例えば窒化物（Ｎ）、ハフニウム（Ｈｆ）、アルミニウム（Ａｌ）などを含んだ酸化膜）による単層膜、または、シリコン酸化（ＳｉＯ２）膜、さらに、これらの複合膜などを用いることができる。
図３及び図４に示すように、制御電極ＣＧは、メモリセルトランジスタＴｒｍのワード線ＷＬを構成し導電層８により構成される。この導電層８は、例えばタングステン層などの金属層、または、例えばリン等の不純物がドープされた多結晶シリコン、または、シリサイド層、またはこれらの層が複合された層により構成されている。導電層８の上面上には例えばＳｉＮ、ＳｉＯ２などの層間絶縁膜等が形成されている。
また、図３に示すように、メモリセルトランジスタＴｒｍのゲート電極ＭＧは、Ｙ方向に並設されている。また、これらのゲート電極ＭＧの一方の脇に離間して、選択トランジスタＴｒｓ１の選択ゲート電極ＳＧＤが配置されている。
また、前記のゲート電極ＭＧの他方の脇に離間して、選択トランジスタＴｒｓ２の選択ゲート電極ＳＧＳが配置されている。各ゲート電極ＭＧ間、およびゲート電極ＭＧ−ＳＧＤ間、ＭＧ−ＳＧＳ間には、電極分離用の溝（符号なし）により互いに電気的に分離されている。この溝内には、例えばＴＥＯＳ（tetraethyl orthosilicate）を用いたシリコン酸化膜を含む層間絶縁膜９（図４参照）が形成される場合もある。また、互いのゲート電極ＭＧ間の干渉を極力抑制するため空隙を設ける場合もある。
選択ゲート電極ＳＧＤ、ＳＧＳの各積層構造は、メモリセルトランジスタＴｒｍのゲート電極ＭＧとほぼ同様の積層構造である。これらの選択ゲート電極ＳＧＤ、ＳＧＳのＩＰＤ膜５には溝が形成されており、電荷蓄積層ＦＧと導電膜８とが接触した構造となっている。
前記の構造は、セルユニットＵＣの１層目Ｌ１の構造であるが、図３及び図４に示すように、これらのセルユニットＵＣは２層目Ｌ２にも１層目Ｌ１と同様の構造で構成されている。
図４に示すように、層間絶縁膜９上には２層目Ｌ２の素子領域Ｓａが形成されている。この素子領域Ｓａは不純物（例えばｐ型のボロン（Ｂ））がドープされたポリシリコンによるシリコン膜１０により構成されている。これらの素子領域Ｓａは、図３及び図４に示すように、２層目Ｌ２において、Ｙ方向に延び、Ｘ方向に所定の間隔で設けられている。
この２層目Ｌ２の素子領域Ｓａ上には、トンネル絶縁膜１１、電荷蓄積層ＦＧが形成され、これらの素子領域Ｓａ、トンネル絶縁膜１１、電荷蓄積層ＦＧ間には素子分離領域Ｓｂが構成されている。この２層目Ｌ２の素子分離領域Ｓｂは、例えばシリコン酸化膜が素子分離膜１２として埋込まれることで構成されている。
電荷蓄積層ＦＧ上にはＩＰＤ膜１３が形成され、さらにＩＰＤ膜１３上には制御電極ＣＧが形成されている。この制御電極ＣＧはワード線ＷＬを構成し導電層１４により構成されている。この導電層１４は前述の導電層８と同質の材料により構成されている。導電層１４上には例えばシリコン酸化膜などによる層間絶縁膜１５が形成されている。
図３に示すように、メモリセル領域Ｍ内においては、１層目Ｌ１、２層目Ｌ２共に、ゲート電極ＭＧ、選択ゲート電極ＳＧＤ、ＳＧＳが形成されている。本実施形態では、セルユニットＵＣが、１層目Ｌ１、２層目Ｌ２の２層構造に形成された例を示すが、セルユニットＵＣを３層以上に積層した場合であっても同様である。
図３に示すように、ビット線コンタクトＣＢは、１層目Ｌ１及び２層目Ｌ２の選択ゲート電極ＳＧＤのＹ方向に隣接して形成され、ソース線コンタクトＣＳは、１層目Ｌ１及び２層目Ｌ２の選択ゲート電極ＳＧＳのＹ方向に隣接して形成される。
これらのビット線コンタクトＣＢ及びソース線コンタクトＣＳは、１層目Ｌ１、２層目Ｌ２の層間絶縁膜９、１５を貫通し、２層目Ｌ２のセルユニットＵＣの上方から半導体基板１の上面上に接触するように形成されている。ソース線コンタクトＣＳ上面に接触するようにソース線ＳＬが構成され、ビット線コンタクトＣＢ上面に接触するようにビット線ＢＬが構成される。
図３及び図４に示すように、層間絶縁膜１５上にはソース線ＳＬなどの構成層（３層目Ｌ３）が形成され、当該構成層上に層間絶縁膜１６を介してビット線ＢＬなどの構成層（４層目Ｌ４）が形成されている。層間絶縁膜１６は例えばシリコン酸化膜などにより構成される。ビット線ＢＬの上には層間絶縁膜１７を介してさらに上層配線（図示せず）が形成される。
他方、図４に示すように、ダミー領域ＤＭにおいては、１層目Ｌ１には半導体基板１にＸ方向において、素子分離領域Ｓａよりも幅が広い素子分離領域Ｓｂが設けられる。この半導体基板１の素子分離領域Ｓｂ上においてメモリセル領域Ｍから延びるワード線ＷＬ（導電層８）が終端している。
前述した図２（Ｂ）に示したように、周辺回路領域Ｐの１層目Ｌ１にはトランジスタなどの周辺トランジスタＴｒｐが設けられる。図４の右欄に示すように、周辺回路領域Ｐの半導体基板１の素子領域５１上には、ゲート絶縁膜２１が形成されており、各素子領域５１上のゲート絶縁膜２１上には、電荷蓄積層ＦＧと同じ材料を有する導電層２２（例えばポリシリコンなどの導電層２２）が設けられる。またこの導電層２２上に導電層８が形成されている。ここで、導電層２２と導電層８は直接的に接することにより、電気的に導通している。
各素子領域５１上には導電層８が設けられるが、これらの導電層８上にはコンタクトＣＰ１が設けられている。また、周辺回路領域Ｐの３層目Ｌ３、４層目Ｌ４には、それぞれ上層配線２３、２４が設けられている。これらの上層配線２３、２４は、周辺回路領域Ｐ内の各種周辺回路ＰＣの構成要素に電気的に接続されており、当該周辺回路ＰＣの構成要素から導電層８などに所定の信号を印加するために設けられる。
導電層８上にはコンタクトＣＰ１が形成されているが、このコンタクトＣＰ１は、３層目Ｌ３の上層配線２３と１層目Ｌ１の導電層８とを電気的に導通接続するために設けられる。このコンタクトＣＰ１は、３層目Ｌ３から１層目Ｌ１まで貫くため２層目Ｌ２を上下に貫通する。また、コンタクトＣＰ３は上層配線２３、２４間の層間絶縁膜１６を貫通するように構成されている。
前述したように、メモリセル領域Ｍの２層目Ｌ２には、ポリシリコン膜１０からなる素子領域Ｓａ、トンネル絶縁膜１１、電荷蓄積層ＦＧ、ＩＰＤ膜１３、導電層１４が順に積層されているが、ダミー領域ＤＭ及び周辺回路領域Ｐの２層目Ｌ２にもメモリセル領域Ｍの２層目Ｌ２と同様に、素子領域Ｓａ、トンネル絶縁膜１１、電荷蓄積層ＦＧの積層構造が層間絶縁膜９上に積層されている。
以下、素子領域Ｓａ、トンネル絶縁膜１１、電荷蓄積層ＦＧを積層構造Ｇとして説明する。ダミー領域ＤＭ及び周辺回路領域Ｐの２層目Ｌ２の素子領域Ｓａはダミー素子領域として設けられる（図４参照）。また、ダミー領域ＤＭ及び周辺回路領域Ｐの２層目Ｌ２のトンネル絶縁膜１１、電荷蓄積層ＦＧもまた、それぞれダミートンネル絶縁膜、ダミー電荷蓄積層として設けられる。
周辺回路領域Ｐはメモリセル領域Ｍの周辺に設けられており、周辺回路領域Ｐおよびメモリセル領域Ｍは、１層目Ｌ１、２層目Ｌ２、３層目Ｌ３…の順で製造される。また、同じ層に配置される素子は、メモリセル領域Ｍ、ダミー領域ＤＭ及び周辺回路領域Ｐにおいて同時に形成される。ここで、例えば２層目Ｌ２の積層構造Ｇがメモリセル領域Ｍ内のみに構成され、この製造段階で２層目Ｌ２の周辺回路領域Ｐに何も形成されていないとする。この場合、メモリセル領域Ｍの電荷蓄積層ＦＧをストッパ（電荷蓄積層ＦＧの上のキャップ膜をストッパとして用いる場合もありうる）として例えばＣＭＰ平坦化処理するときに、所謂ディッシング現象を生じてしまい周辺回路領域Ｐのみ大きく沈み込んでしまう虞を生じる。
そこで、本実施形態では２層目Ｌ２のダミー領域ＤＭ及び周辺回路領域Ｐにおいても、積層構造Ｇがメモリセル領域Ｍの積層構造と同様に配置されている。本実施形態においては、積層構造ＧのＸ方向幅が各領域Ｐ、Ｍ、ＤＭ間でほぼ同一幅に形成されている。また、積層構造Ｇ間のＸ方向間隔もまた、各領域Ｐ、Ｍ、ＤＭ間でほぼ同一幅に形成されている。
本実施形態では、これらの積層構造Ｇは、周辺回路領域Ｐ、ダミー領域ＤＭでは、ダミー積層構造として設けられている。そのため、コンタクトＣＰ１等が積層構造Ｇの一部構成には接触するものの、当該一部の積層構造Ｇは他の積層構造Ｇとは電気的構成には絶縁されている。そのため、他のコンタクトＣＰと電気的に短絡することなく、導電層８に電気的に接続されている。
本実施形態においては、２層目Ｌ２の積層構造Ｇは、メモリセル領域Ｍ、周辺回路領域Ｐ、ダミー領域ＤＭ間に渡り、ほぼ一様に構成されている。これにより、ＣＭＰによる平坦化処理を必要とするときでも、ディッシング現象を生じることなく製造できる。また、領域メモリセル領域Ｍ、周辺回路領域Ｐ、ダミー領域ＤＭ間に渡り、積層構造を一様に構成できるので、それぞれの領域の構造の違いによる応力を緩和し、２層目Ｌ２の積層構造の倒壊を防止できる。
以下、本実施形態に係る製造方法の一例を説明する。なお、下記では本実施形態の特徴部分を中心に説明するが、下記に示す各工程間に実用的に必要な工程又は一般的な工程であれば追加しても良いし、各工程は実用的に可能であれば入れ替えて行っても良い。
図５に示す断面構造に至る製造工程については概略的に示す。まず、例えばＰ型の単結晶シリコン基板を半導体基板１として用意する。この後、半導体基板１の表面にトンネル絶縁膜４として例えばシリコン酸化膜を、熱酸化法を用いて形成する。
トンネル絶縁膜４は、メモリセルトランジスタＴｒｍのゲート絶縁膜として形成される。トンネル絶縁膜４上に最終的に電荷蓄積層ＦＧとなるシリコン膜を例えばＣＶＤ法を用いて形成する。周辺回路領域Ｐ内でも同時に導電層２２が形成される。シリコン膜に符号２２を付して説明する。このシリコン膜２２は成膜当初はアモルファス状態で形成されるが、後の熱処理でポリシリコン化される。
シリコン膜２２上にマスクパターンを形成し、このマスクパターンをマスクとしてＹ方向に沿って素子分離溝２を形成し、ラインアンドスペースパターンを形成する。このとき、ダミー領域ＤＭおよび周辺回路領域Ｐの素子分離溝２は、メモリセル領域Ｍ内の素子分離溝２よりＸ方向に幅が広くなるように形成される。また、周辺回路領域Ｐ内において、島状に素子領域５１を分離する素子分離溝２も、メモリセル領域Ｍ内の素子分離溝２よりＸ方向に幅広に形成する。
素子分離溝２内にＣＶＤ法を用いて素子分離膜３を埋込み、当該素子分離膜３の上部を平坦化処理、エッチバック処理などを行うことでシリコン膜２２の上面を露出させ、必要に応じて電荷トラップ膜をＣＶＤ法により形成する。シリコン膜２２の上面及び上側面並びに素子分離膜３の上面に沿ってＩＰＤ膜５をＬＰ−ＣＶＤ法などを用いて形成する。
選択ゲート電極ＳＧＤ、ＳＧＳのＩＰＤ膜５に溝を形成すると共に、周辺回路領域Ｐ内のＩＰＤ膜５を除去する。その後、素子分離膜３、ＩＰＤ膜５及びシリコン膜２２の上にタングステンなどの低抵抗化金属層などを積層することで導電層８を形成する。このようにして、図５に示す構造が得られる。
図６に示すように、メモリセル領域Ｍ及び周辺回路領域Ｐ間の素子分離膜３上、及び、周辺回路領域Ｐ内の導電層２２上、において導電層８を異方性エッチング処理することにより当該導電層８を分断する。そして、分断された導電層８間を埋込むように層間絶縁膜９をＣＶＤ法により堆積する。
図７〜図１０は、図６に続く２層目Ｌ２の製造工程を示し、層間絶縁膜９より上の構造のみを模式的に示し、１層目Ｌ１の構造を省略している。
図７に示すように、層間絶縁膜９上に非晶質のシリコン膜１０を形成し、シリコン膜１０に例えばＰ型不純物をイオン注入する。この不純物導入領域が２層目Ｌ２の素子領域Ｓａとして構成される。そして、そのシリコン膜１０上にトンネル絶縁膜１１を例えば熱酸化法を用いて形成し、トンネル絶縁膜１１上に例えばＣＶＤ法を用いてシリコン膜２５を形成する。
図８に示すように、シリコン膜２５上に例えば側壁転写技術などのパターン形成方法を用いてライン：スペースの間隔比が約１：１のラインスペースパターンとなるマスクパターンＭＫを形成し、シリコン膜２５、トンネル絶縁膜１１、及び、シリコン膜１０を順に異方性エッチング処理する。これにより、Ｘ方向幅とＸ方向間隔が同一の２層目Ｌ２の積層構造Ｇを形成できる。ここで、積層構造ＧのＸ方向の幅は、１層目Ｌ１の素子領域ＳａのＸ方向の幅と同じにすることができる。なお、このラインアンドスペースパターンは、通常のリソグラフィ処理を行うことでパターニングしても良い。
図９に示すように、ＣＶＤ法を用いて例えばシリコン酸化膜を堆積し、２層目Ｌ２の積層構造Ｇを覆う。このシリコン酸化膜は素子分離膜１２として形成され素子分離領域Ｓｂを構成する。この素子分離膜１２の成膜直前の工程において、積層構造Ｇをほぼ同一のピッチ（間隔）に形成している。そのため、シリコン酸化膜を素子分離膜１２としてＣＶＤ法により形成しても、各積層構造Ｇ間に素子分離膜１２を良好に埋込むことができる。また、例えば塗布系の酸化埋込材を用い各積層構造Ｇ間に素子分離膜１２を形成することもできる。
図１０に示すように、ＣＭＰ処理によりマスクパターンＭＫの上面をストッパとして平坦化処理し、素子分離膜１２となるシリコン酸化膜の上面を電極蓄積層ＦＧの上面に合わせる。その後、全面エッチバック処理することで電荷蓄積層ＦＧとシリコン酸化膜の上面をほぼ面一に合わせる。その後、マスクパターンＭＫを除去する。その結果、ダミー領域ＤＭ及び周辺回路領域Ｐにディッシングが発生することを防止できる。
図４に示すように、周辺回路領域Ｐにマスクパターンを形成し、メモリセル領域Ｍ内にＩＰＤ膜１３、導電層１４を例えばＬＰ−ＣＶＤ法などを用いて形成し、層間絶縁膜１５を堆積する。
そして、周辺回路領域Ｐにおいて、層間絶縁膜１５に１層目Ｌ１の導電層８の上面に貫通するようにヴィアホールを形成する。このとき、メモリセル領域Ｍでは、層間絶縁膜１５に、ソース線コンタクトＣＳを形成するためのヴィアホールを形成する。
そして、これらのヴィアホール内にコンタクトＣＰ１、ＣＳを形成する。そして、周辺回路領域ＰではコンタクトＣＰ１上に周辺トランジスタＴｒｐへの電圧印加用の上層配線２３を形成すると共に、メモリセル領域Ｍ内ではソース線コンタクトＣＳ上にソース線ＳＬを形成する。
ここで、周辺回路領域Ｐ内のコンタクトＣＰ１は、２層目Ｌ２の一部の積層構造Ｇに接触するが、周辺回路領域Ｐの積層構造Ｇはダミーとして配置されている。このため、コンタクトＣＰ１が他のコンタクトなどに電気的に短絡することなくコンタクトＣＰ１を形成できる。その後、層間絶縁膜１６を形成し、コンタクトＣＰ３、４層目Ｌ４の構造（例えばビット線ＢＬ、上層配線２４）などを形成する。
本実施形態によれば、周辺回路領域Ｐ内にダミーの積層構造Ｇ（ダミー素子領域Ｓａ）を形成したので、ＣＭＰ処理によるディッシングの影響を防止してグローバルな段差を抑制でき、２層目Ｌ２の形成後のチップ全体の平坦性を確保できる。３層目Ｌ３以上にセルユニットＵＣを形成する場合においても、周辺回路領域Ｐ内にダミーの積層構造Ｇを形成すれば同様の作用効果を奏する。
本実施形態によれば、周辺回路領域Ｐ内の２層目Ｌ２のラインアンドスペースパターンをほぼ１対１にしているため、メモリセル領域Ｐの２層目Ｌ２の構造と周辺回路領域Ｐの積層構造Ｇの幅、間隔を同一にすることができる。その結果、粗密差によるパターン崩れを防止することができる。
（第２実施形態）
図１１〜図２１は第２実施形態を示す。本実施形態では、周辺回路領域Ｐ内の２層目Ｌ２の積層構造Ｇの幅とその間隔（ライン：スペース）の比を約３：１とした形態を示す。
図１１に示すように、周辺回路領域Ｐ内の２層目Ｌ２の素子領域Ｓａは、そのＸ方向幅がメモリセル領域Ｍ内の２層目Ｌ２の素子領域ＳａのＸ方向幅の約３倍に形成されている。また、素子領域Ｓａ間のスペース（間隔）がメモリセル領域Ｍと周辺回路領域Ｐにおいてほぼ同一間隔で設けられている。その他の構造は、前述実施形態と同様であるため説明を省略する。
図１１に示す構造の製造方法を説明する。１層目Ｌ１、３層目Ｌ３、４層目Ｌ４の構造は前述実施形態と同様であるため、２層目Ｌ２の構造の製造方法を説明する。
図１２〜図２１は２層目Ｌ２の製造方法を概略的に示す。図１２に示すように、１層目Ｌ１と２層目Ｌ２の境界となる層間絶縁膜９上にシリコン膜１０を堆積しＰ型不純物をシリコン膜１０中にイオン注入する。
このシリコン膜１０上にトンネル絶縁膜１１を形成し、トンネル絶縁膜１１上に電荷蓄積層ＦＧとなるポリシリコン膜２５を形成する。このポリシリコン膜２５上にシリコン窒化膜３０を、例えば、ＣＶＤ法を用いて形成し、そのシリコン窒化膜３０上に、例えば、ＣＶＤ法を用いてシリコン酸化膜３１を形成する。
そしてシリコン酸化膜３１上にレジスト３３を塗布し、当該レジスト３３ａを約１対１のラインアンドスペースパターンにパターニングする。このラインアンドスペースパターンは、露光装置の解像可能なパターン幅、間隔で構成される。
図１３に示すように、パターニングされたレジスト３３ａをマスクとしてシリコン酸化膜３１をＲＩＥ法により異方性エッチング処理する。そしてレジスト３３ａのパターンをアッシング処理などで除去する。図１４に示すように、スリミング技術を用いてシリコン酸化膜３１を細らせるが、このとき、シリコン酸化膜３１を、隣接するシリコン酸化膜３１間のＸ方向間隔が１本のシリコン酸化膜３１のＸ方向幅のほぼ３倍の幅になるまで細らせる。
図１５に示すように、ＣＶＤ法またはＡＬＤ法などを用いてアモルファスシリコン膜３２をシリコン酸化膜３１の上面及び側面、シリコン窒化膜３０の露出上面に沿うように形成する。このとき、アモルファスシリコン膜３２の膜厚をシリコン酸化膜３１のＸ方向幅とほぼ同一厚さに形成する。
図１６に示すように、ＲＩＥ法によりアモルファスシリコン膜３２を選択的に異方性エッチング処理する。その結果、シリコン酸化膜３１上のアモルファスシリコン膜３２を除去しつつ、シリコン酸化膜３１の側壁に沿ってアモルファスシリコン膜３２を残留させると共に、シリコン窒化膜３０上に形成されたアモルファスシリコン膜３２を除去し、当該除去領域においてシリコン窒化膜３０の上面を露出させることができる。
図１７に示すように、レジスト３３を塗布した後、ダミー領域ＤＭ及び周辺回路領域Ｐ内のアモルファスシリコン膜３２及びシリコン酸化膜３１並びにシリコン窒化膜３０を覆うようにレジスト３３をパターニングする。
図１８に示すように、パターニングされたレジスト３３の被覆領域を除き例えばメモリセル領域Ｍのシリコン酸化膜３１を選択的にエッチング処理することで、隣接するアモルファスシリコン膜３２間のシリコン酸化膜３１を選択的に除去する。
その後、レジスト３３を剥離し、図１９に示すように、シリコン酸化膜３１及びアモルファスシリコン膜３２に対してエッチング選択性の高い条件にてシリコン窒化膜３０をＲＩＥ法により異方性エッチング処理する。
その後、エッチング条件を変更し、シリコン窒化膜３０をマスクとして電荷蓄積層ＦＧとなるシリコン膜２５、トンネル絶縁膜１１、シリコン膜１０をＲＩＥ法により異方性エッチング処理する。このようにして２層目Ｌ２の積層構造Ｇを形成できる。
その後、図２０に示すように、素子分離膜１２を当該積層構造Ｇ間に形成する。このとき素子分離膜１２はＣＶＤ法によりシリコン酸化膜を形成する。その後、マスク膜（シリコン窒化膜３０）をストッパとして平坦化する。このとき、ダミー領域ＤＭ及び周辺回路領域Ｐにおいて積層構造Ｇが形成されている。その結果、ダミー領域ＤＭ及び周辺回路領域Ｐにディッシングが発生すること防止できる。その後、図２１に示すように素子分離膜１２の上部を電荷蓄積層ＦＧの上面に合わせるようにエッチバック処理し、シリコン窒化膜３０を除去することで電荷蓄積層ＦＧの上面を露出させる。
本実施形態においても、周辺回路領域Ｐの２層目Ｌ２に素子領域Ｓａを形成したので、２層目Ｌ２の形成後のチップ全体の平坦性を確保できる。また、素子領域Ｓａ間の素子分離膜１２の埋込材として塗布系のシリコン酸化膜を用いる必要がなくなり、被覆性の良いＣＶＤ膜を使用することができる。また、メモリセル領域Ｍよりもほぼ３倍も幅の広い素子領域Ｓａを形成しているので、パターンの機械的強度を向上でき、製造途中の倒壊等の不具合の虞を小さくすることができる。
なお、第２実施形態では、ほぼ３倍の幅広のダミーの積層構造Ｇをダミー領域ＤＭ及び周辺回路領域Ｐ内に設けた例を説明したが、メモリセル領域Ｍの積層構造と同じ幅を有する積層構造Ｇをダミー領域ＤＭに配置しても良い。また、ほぼ３倍の幅広のダミーの積層構造Ｇを周辺回路領域Ｐ内の一部設けても良い。
（第３実施形態）
図２２〜図４１は第３実施形態を示す。本実施形態では、周辺回路領域Ｐ内の２層目Ｌ２の積層構造Ｇの幅と間隔（ライン−スペース）の比を約７：１にした形態を示す。
図２２に示すように、周辺回路領域Ｐ内の２層目Ｌ２の素子領域Ｓａは、そのＸ方向幅がメモリセル領域Ｍ内の２層目Ｌ２の素子領域ＳａのＸ方向幅のほぼ７倍で形成されている。また、素子領域Ｓａ間のスペース（間隔）がメモリセル領域Ｍと周辺回路領域Ｐにおいてほぼ同一間隔で設けられている。その他の構造は、前述実施形態と同様であるため説明を省略する。
図２２に示す構造の製造方法を説明する。１層目Ｌ１、３層目Ｌ３、４層目Ｌ４の構造は前述実施形態と同様であるため、２層目Ｌ２の構造の製造方法を説明する。
図２３〜図４１は２層目Ｌ２の製造方法を概略的に示す。図２３に示すように、１層目Ｌ１と２層目Ｌ２の境界となる層間絶縁膜９上にシリコン膜１０をＣＶＤ法により堆積し、Ｐ型不純物をシリコン膜１０中にイオン注入する。
このシリコン膜１０上にトンネル絶縁膜１１を形成し、トンネル絶縁膜１１上に電荷蓄積層ＦＧとなるシリコン膜２５を形成する。このシリコン膜２５上に、シリコン窒化膜４０、シリコン酸化膜４１、アモルファスシリコン膜４２、及び、シリコン酸化膜４３を、例えば、ＣＶＤ法などを用いて順に形成する。
そして、シリコン酸化膜４３上にレジスト４４を塗布し、当該レジスト４４を１対１のラインアンドスペースパターンにパターニングする。このラインアンドスペースパターンのパターニングは露光装置の解像可能なパターン幅、間隔で構成される。
図２４に示すように、パターニングされたレジスト４４をマスクとしてシリコン酸化膜４３をＲＩＥ法により異方性エッチング処理する。そしてレジスト４４をアッシング処理などにより除去する。図２５に示すように、スリミング技術を用いてシリコン酸化膜４３を細らせるが、このとき、シリコン酸化膜４３を、隣接するシリコン酸化膜４３間のＸ方向間隔が１本のシリコン酸化膜４３のＸ方向幅のほぼ３倍の幅になるまで細らせる（スリミング処理）。
図２６に示すように、シリコン窒化膜４５をＣＶＤ法もしくはＡＬＤ法などを用いてシリコン酸化膜４３の上面及び側面、アモルファスシリコン膜４２の上面に沿うように形成する。このとき、シリコン窒化膜４５の膜厚をシリコン酸化膜４３のＸ方向幅とほぼ同一の厚さに形成する。
図２７に示すように、ＲＩＥ法によりシリコン窒化膜４５を選択的に異方性エッチング処理する。その結果、アモルファスシリコン膜４２上のシリコン窒化膜４５を除去しつつシリコン酸化膜４３の側壁に沿ってシリコン窒化膜４５を残留させると共に、アモルファスシリコン膜４２上に形成されたシリコン窒化膜４５を除去し、当該除去領域においてアモルファスシリコン膜４２の上面を露出させることができる。
図２８に示すように、レジスト４６を塗布した後、ダミー領域ＤＭ及び周辺回路領域Ｐ内のシリコン窒化膜４５及びシリコン酸化膜４３並びにアモルファスシリコン膜４２を覆うようにレジスト４６をパターニングする。
図２９に示すように、パターニングされたレジスト４６の被覆領域を除き例えばメモリセル領域Ｍ（必要に応じてダミー領域ＤＭ含む）のシリコン酸化膜４３を選択的にエッチング処理することで、隣接するシリコン窒化膜４５間のシリコン酸化膜４３を選択的に除去する。図３０に示すようにレジスト４６を剥離する。
図３１に示すように、シリコン酸化膜４３及びシリコン窒化膜４５に対してエッチング選択性の高い条件にてアモルファスシリコン膜４２をＲＩＥ法により異方性エッチング処理する。その後、エッチング条件を変更し、図３２に示すように、残留したアモルファスシリコン膜４２をマスクとしてシリコン酸化膜４１をＲＩＥ法により異方性エッチングする。
これにより、周辺回路領域Ｐ内において、シリコン酸化膜４１の幅と間隔の比を約３：１に形成しながら、メモリセル領域Ｍおよび（必要に応じてダミー領域ＤＭ含む）内においてシリコン酸化膜４１の幅と間隔の比をほぼ１：１に形成できる。
図３３に示すように、シリコン酸化膜４１上に残留したアモルファスシリコン膜４２を除去処理する。図３４に示すように、シリコン酸化膜４１をスリミング処理する。このとき、メモリセル領域Ｍ内のシリコン酸化膜４１のＸ方向幅を１とすると、周辺回路領域Ｐ内のシリコン酸化膜４１の幅をほぼ５とし、さらにメモリセル領域Ｍ，ダミー領域ＤＭ，周辺回路領域Ｐ内のシリコン酸化膜４１間の間隔をほぼ３とする比になるように形成する。このような幅と間隔の関係となるようにシリコン酸化膜４１をスリミング処理する。
図３５に示すように、アモルファスシリコン膜４２をＣＶＤ法もしくはＡＬＤ法などを用いて、シリコン酸化膜４１の上面及び側面、及び、シリコン窒化膜４０の上面に沿うように形成する。このとき、アモルファスシリコン膜４２の膜厚をメモリセル領域Ｍ内のシリコン酸化膜４１のＸ方向幅とほぼ同一の厚さに形成する。
図３６に示すように、ＲＩＥ法によりアモルファスシリコン膜４２を選択的に異方性エッチングすることで、シリコン窒化膜４０上のアモルファスシリコン膜４２を除去しつつ、シリコン酸化膜４１の側壁に沿ってアモルファスシリコン膜４２を残留させる。また、これと同時に、シリコン窒化膜４０上に形成された薄いアモルファスシリコン膜４２を除去し、当該除去領域においてシリコン窒化膜４０の上面を露出させる。
すると、周辺回路領域Ｐ内でもそれ以外の領域でも、アモルファスシリコン膜４２がシリコン酸化膜４１の両側壁に沿って形成される。アモルファスシリコン膜４２のＸ方向幅を１とすると、周辺回路領域Ｐ内ではシリコン酸化膜４１及びアモルファスシリコン膜４２によるＸ方向幅は７となる。それ以外の領域（例えばメモリセル領域Ｍ内）ではシリコン酸化膜４１及びアモルファスシリコン膜４２によるＸ方向幅は３となる。また、これらの膜構造間の間隔は１となる。
図３７に示すように、レジスト４７を塗布した後、周辺回路領域Ｐ内のシリコン酸化膜４１及びアモルファスシリコン膜４２並びにシリコン窒化膜４０を覆うようにレジスト４７をパターニングする。
図３８に示すように、パターニングされたレジスト４７の被覆領域を除き例えばメモリセル領域Ｍのシリコン酸化膜４１を選択的にエッチング処理することで、隣接するアモルファスシリコン膜４２間のシリコン酸化膜４１を選択的に除去する。
レジスト４７を剥離し、図３９に示すように、シリコン酸化材及びアモルファスシリコン膜４２に対してエッチング選択性の高い条件にてシリコン窒化膜４０をＲＩＥ法により異方性エッチングする。その後、エッチング条件を変更し、図３９に示すように、シリコン窒化膜４０をマスクとして電荷蓄積層ＦＧとなるシリコン膜２５、トンネル絶縁膜１１、シリコン膜１０をＲＩＥ法により異方性エッチングする。
図４０に示すように、素子分離膜１２を積層構造Ｇ間に形成する。このとき素子分離膜１２は例えばＣＶＤ法によりシリコン酸化膜を形成すると良い。その後、マスク膜（シリコン窒化膜４０）をストッパとしてＣＭＰ法により平坦化処理する。このとき、ダミー領域ＤＭ及び周辺回路領域Ｐにおいて積層構造Ｇが形成されている。その結果、ダミー領域ＤＭ及び周辺回路領域Ｐにディッシングが発生することを防止できる。
その後、図４１に示すように、素子分離膜１２の上部を電荷蓄積層ＦＧの上面に合わせるようにエッチバック処理し、シリコン窒化膜４０を除去することでシリコン膜２５（電荷蓄積層ＦＧ）の上面を露出させる。このようにして２層目Ｌ２の積層構造Ｇを形成できる。すると、メモリセル領域Ｍ内の２層目Ｌ２の素子領域のＸ方向幅を１としたとき、周辺回路領域Ｐ内の素子領域のＸ方向幅をほぼ７倍にすることができ、より広い幅の素子領域Ｓａを形成できる。
本実施形態では、側壁転写技術を２回繰り返し、周辺回路領域Ｐの２層目Ｌ２にメモリセル領域Ｍに対してほぼ７倍の幅の素子領域Ｓａを形成したので、２層目Ｌ２の形成後のチップ全体の平坦性を確保できる。また、素子領域Ｓａ間の埋込材として塗布系の酸化膜を用いる必要がなくなり、被覆性の良いＣＶＤ膜を使用できる。また、周辺回路領域Ｐにはメモリセル領域Ｍよりもほぼ７倍も幅の広い素子領域Ｓａを形成しているので、パターンの機械的強度を向上でき、製造途中の倒壊等の不具合の虞を小さくすることができる。
さらに、１回の露光で３本に分割するトリプルパターニング技術を使用すれば、ほぼ５倍の幅の素子領域Ｓａ、積層構造Ｇを形成できる。したがって、メモリセル領域Ｍ内の素子領域Ｓａの２ｎ＋１（ｎ≧０の整数）倍の素子領域Ｓａを周辺回路領域Ｐ内に形成できる。
なお、第３実施形態では、２ｎ＋１倍の幅広のダミーの積層構造Ｇをダミー領域ＤＭ及び周辺回路領域Ｐ内に設けた例を説明したが、メモリセル領域Ｍと同じ幅を有する積層構造Ｇをダミー領域ＤＭに配置しても良い。また、２ｎ＋１倍の幅広のダミーの積層構造Ｇを周辺回路領域Ｐ内の一部に設けても良い。
（第４実施形態）
図４２〜図５０は第４実施形態を示す。この第４実施形態では、周辺回路領域Ｐの２層目Ｌ２以上に構成されるダミー素子領域を利用して抵抗素子Ｒａ又は／及び容量素子Ｃａを構成したところに特徴を備える。
例えば第２又は第３の実施形態に示したように、周辺回路領域Ｐの２層目Ｌ２の積層構造Ｇは、メモリセル領域Ｍの素子領域Ｓａの幅に対してＸ方向に２ｎ＋１（ｎ≧１）倍幅に形成できる。
本実施形態では、２層目Ｌ２の積層構造Ｇ２を、シリコン膜１０、トンネル絶縁膜１１、シリコン膜２５、ＩＰＤ膜１３、及び導電層１４の積層構造であるものとして説明を行う。図４２に２層目Ｌ２の積層構造Ｇ２の平面図を示す。
図４２に示すように、メモリセル領域Ｍの素子領域ＳａはＸ方向に幅ＷＳａを有してＹ方向に延びている。ここで、周辺回路領域Ｐにおいて２層目Ｌ２の積層構造Ｇ２がメモリセル領域Ｍの素子領域Ｓａの幅に対して（２ｎ＋１）ＷＳａの幅を有してＹ方向に延び、Ｘ方向に所定間隔を有して配置されている。
図４２では、ｎ＝１の場合を例に挙げて説明する。積層構造Ｇ２は、シリコン膜１０、トンネル絶縁膜１１、シリコン膜２５、ＩＰＤ膜１３、及び導電層１４を順に形成した後に、これらの積層膜１０、１１、２５、１３、１４に対し、Ｘ方向に延びる素子分離領域Ｓｂを形成することにより島状に分離されたものである。積層構造Ｇ２の一部（シリコン膜１０）上には、コンタクトＣＰ４がＹ方向に離間して配置されている。
図４３に図４２のＣ−Ｃ線に沿う模式的な断面構造の一例を示す。積層構造Ｇ２は、図４３に示すように、積層構造Ｇ２は、層間絶縁膜１６上に、素子領域Ｓａとなるシリコン膜１０、トンネル絶縁膜１１、電荷蓄積層ＦＧとなるシリコン膜２５、ＩＰＤ膜１３、導電層１４の順に積層されている。
分断された積層構造Ｇ２において、シリコン膜１０及びトンネル絶縁膜１１はＹ方向に延びるように形成される。トンネル絶縁膜１１のＹ方向中央部の上に電荷蓄積層ＦＧ、ＩＰＤ膜１３、及び導電層１４が形成されている。すなわち、電荷蓄積層ＦＧ、ＩＰＤ膜１３、及び導電層１４は、これらのシリコン膜１０及びトンネル絶縁膜１１のＹ方向中央の一部に積層されていると言える。
したがって、トンネル絶縁膜１１はＹ方向両端において露出した構造となっている。この積層構造Ｇ２を覆うように層間絶縁膜１５が形成されている。コンタクトＣＰ４は、層間絶縁膜１６及びトンネル絶縁膜１１を貫通してシリコン膜１０の上面に接触するように形成されている。これらのＹ方向に離間した隣接コンタクトＣＰ４間には２層目Ｌ２のシリコン膜１０が配置されている。このため、このシリコン膜１０が抵抗要素Ｒａとして構成される。
前記の図４３に示す構造の製造工程を概略的に説明する。例えば、第２実施形態に示したように、周辺回路領域Ｐ内の２層目Ｌ２の積層構造のＸ方向幅を、メモリセル領域Ｍ内の２層目Ｌ２の積層構造のＸ方向幅に比較して３倍に形成した場合について説明する。
第２実施形態の図２１に示すように、シリコン膜１０、トンネル絶縁膜１１、シリコン膜２５間に素子分離膜１２を埋込み、当該素子分離膜１２の上面をわずかにエッチバック処理する。その後、ＩＰＤ膜１３、導電層１４を順に形成する。
この製造段階において２層目Ｌ２の積層構造Ｇ、Ｇ２は平面的には図４４に示すように形成され、図４２のＣ−Ｃ線に沿う２層目Ｌ２の断面構造は図４５に示すようになる。
図４４に示すように、メモリセル領域Ｍにおいては、Ｙ方向に延びる積層構造ＧがＸ方向幅ＷＳａを有して形成される。一方、周辺回路領域Ｐには、Ｙ方向に延びる積層構造ＧがＸ方向幅（２ｎ＋１）ＷＳａを有して形成される。
図４６（ａ）に示すように、Ｘ方向に配置された複数の積層構造Ｇ２上にマスクパターンＭＫ２を形成する。ここで、マスクパターンＭＫ２は平面的にはＹ方向において、トンネル絶縁膜１１の中央部の電荷蓄積層ＦＧ、ＩＰＤ膜１３、及び導電層１４の形成予定領域に形成される。その後、図４６（ｂ）に示すように、マスクパターンＭＫ２をマスクとして、２層目Ｌ２の積層構造Ｇ２の上層部分（導電層１４、ＩＰＤ膜１３、電荷蓄積層ＦＧとなるシリコン膜２５）について、トンネル絶縁膜１１をストッパとしてＲＩＥ法により異方性エッチングする。その後、マスクパターンＭＫ２を除去する。
図４７（ａ）に示すように、Ｘ方向に配置された複数の積層構造Ｇ２を跨ぐように、Ｘ方向に延びる溝ＭＺ１を形成する。溝ＭＺ１は、Ｙ方向に離間して２本形成され、溝ＭＺ１に挟まれた部分に島状の積層構造Ｇ２が形成される。ここで、図４７（ｂ）に示すように、溝ＭＺ１はトンネル絶縁膜１１及びシリコン膜１０をＲＩＥ法により層間絶縁膜９の上面上までエッチングすることにより形成される。このときの異方性エッチング領域は、図４２のＸ方向に沿う素子分離領域Ｓｂで示す部分であり、このとき同時に複数の島状の素子領域Ｓａを形成できる。
図４３に示すように、積層構造Ｇ、及び、Ｇ２上に層間絶縁膜１６をＣＶＤ法により堆積し、層間絶縁膜１６、トンネル絶縁膜１１を貫通し、シリコン膜１０の上面に達するまでホールを形成し、当該ホール内にコンタクトＣＰ４の材料を埋込む。これにより、２つのコンタクトＣＰ４間に抵抗素子Ｒａを構成できる。
図４８〜図５０（ｂ）は２層目Ｌ２以上に形成される容量素子Ｃａの構造を模式的に示す。図４８〜図５０（ｂ）に示すように、容量素子Ｃａは、周辺回路領域Ｐの２層目Ｌ２に形成されるダミー構造を用いて形成されている。
図４９は図４８のＤ−Ｄ線に沿う断面構造の一例を模式的に示し、図５０（ａ）は図４８のＥ−Ｅ線に沿う断面構造の一例を模式的に示す。図４９に示すように、積層構造Ｇ２のＹ方向断面構造は抵抗素子Ｒａとほぼ同様であるため説明を省略する。
図５０（ｂ）に示すように、メモリセル領域Ｍの素子領域Ｓａは幅ＷＳａを有してＹ方向に延びている。ここで、２層目Ｌ２の積層構造Ｇ２がメモリセル領域Ｍの素子領域Ｓａの幅に対して（２ｎ＋１）ＷＳａの幅を有してＹ方向に延び、Ｘ方向に所定間隔を有して配置されている。
図４９〜図５０（ｂ）では、ｎ＝１の場合を例に挙げて説明する。積層構造Ｇ２は、シリコン膜１０、トンネル絶縁膜１１、シリコン膜２５、ＩＰＤ膜１３、及び導電層１４を順に形成した後に、これらの積層膜１０、１１、２５、１３、１４に対しＸ方向に延びる素子分離領域Ｓｂを形成することにより島状に分離されたものである。図４９に示すように、積層構造Ｇ２の一部（シリコン膜１０）上には、コンタクトＣＰ４がＹ方向に離間して配置されている。
図４９及び図５０（ａ）に示すように、ＩＰＤ膜１３は、複数の積層構造Ｇ２のＹ方向ほぼ中央部分において、かつ、Ｘ方向に配置された複数の積層構造Ｇ２に連続し、シリコン膜２５及び素子分離膜１２の上面を覆うように形成され、このＩＰＤ膜１３の上に導電層１４が形成されている。そして、ヴィアコンタクトＣＰ５が導電層１４のＹ方向端部上に位置して層間絶縁膜１５を貫通するように形成されている。
なお、容量素子Ｃａの製造方法は、抵抗素子Ｒａの製造方法とほぼ同じである。図４６（ａ）に示すマスクパターンＭＫ２に代えて、図５０（ｂ）に示すマスクパターンＭＫ３を形成すればよい。ここで、マスクパターンＭＫ３は、Ｘ方向に配置された複数の積層構造Ｇ２に連続するように形成されるものである。
容量素子Ｃａは、シリコン膜１０と導電層１４を電極とし、トンネル絶縁膜１１及びＩＰＤ膜１３を絶縁層として挟んだ構造により構成されている。このようにして２層目Ｌ２にも容量素子Ｃａを構成できる。抵抗素子Ｒａ、容量素子Ｃａを２層目Ｌ２に構成した形態を説明したが、これに限定されるものではなく、３層目Ｌ３以上に構成しても良い。
本実施形態によれば、周辺回路領域Ｐ内の２層目Ｌ２以上のダミー素子領域Ｓａ（積層構造Ｇ、Ｇ２）を用いて、抵抗素子Ｒａ、容量素子Ｃａを構成したので、１層目Ｌ１に当該抵抗素子Ｒａ、容量素子Ｃａを設ける必要がなくなり、回路面積を削減できる。
（第５実施形態）
図５１〜図５６は第５実施形態を示す。この第５実施形態では、１層目Ｌ１に周辺トランジスタＴｒｐ２が構成され、２層目Ｌ２の素子領域Ｓａを含む積層構造Ｇが、この周辺トランジスタＴｒｐ２の上方に形成される形態を示す。
図５１に平面図の一例を模式的に示し、図５２に図５１中のＦ−Ｆ線に沿う縦断側面図の一例を模式的に示す。図５２に示すように、周辺トランジスタＴｒｐ２が１層目Ｌ１に構成されている。この周辺トランジスタＴｒｐ２は、例えば、高耐圧トランジスタにより構成される。
周辺トランジスタＴｒｐ２は、その素子領域ＳａのＸ方向幅及びＹ方向幅、トンネル絶縁膜２１の膜厚、そのゲート電極ＰＧ２の膜厚及び幅、ゲートコンタクトＣＰ６の径などの寸法が電流許容量を満たすように、メモリセル領域Ｍの構成要素（例えばワード線ＷＬ、ビット線ＢＬ）などの幅寸法に比較して大きく構成されている。
図５１に平面図の一例を示すように、１層目Ｌ１の周辺トランジスタＴｒｐ２のゲート電極ＰＧ２はＸ２方向に延伸して形成されている。この１層目Ｌ１の素子領域５１はその周辺を素子分離領域５２で囲まれることにより島状に分離されている。
そして１層目Ｌ１のゲート電極ＰＧ２は素子領域５１上をＸ２方向に横切るように延伸されている。ここで、２層目Ｌ２の積層構造Ｇは幅ＷＳａを有してＹ２方向に延びている。なお、ダミー積層構造Ｇは、前述実施形態に示した２層目Ｌ２の積層構造Ｇを示すもので、幅ＷＳａはメモリセル領域Ｍにおける素子領域Ｓａの幅ＷＳａである。
１層目Ｌ１において、ゲート電極ＰＧ２が素子分離領域５２上に張り出して構成され、ゲート電極ＰＧ２の端部上にはゲートコンタクトＣＰ６が形成されている。ゲートコンタクトＣＰ６は複数の積層構造Ｇに跨るように配置されている。ここで、２つのゲートコンタクトＣＰ６はＹ２方向に隣接し、同一の積層構造Ｇと交差するように配置されている。図５２に示すように、１層目Ｌ１のゲート電極ＰＧ２上には層間絶縁膜９が形成されており、この層間絶縁膜９上に２層目Ｌ２のダミー積層構造Ｇが構成されている。
このダミー積層構造Ｇは、素子領域Ｓａ、トンネル絶縁膜１１、電荷蓄積層ＦＧとなるシリコン膜２５等を積層して構成され、このダミー積層構造Ｇ上に層間絶縁膜１５が形成されている。この層間絶縁膜１５上には、３層目Ｌ３、４層目Ｌ４などにおいて、上層配線２３、２４が前述実施形態同様に形成されている。
図５３は図５１のＪ−Ｊ線に沿う断面の一例を模式的に示す。この図５３に示すように、このゲートコンタクトＣＰ６は、２層目のダミー積層構造Ｇを貫通し、３層目Ｌ３の上層配線２３と１層目Ｌ１のゲート電極ＰＧ２の上面とを構造的に接続するように形成される。また、３層目Ｌ３と４層目Ｌ４の上層配線２３と２４との間はコンタクトＣＰａにより連結されている。
図５３に示すように、ゲートコンタクトＣＰ６は電極材６０とこの電極材６０の外側面に形成されたスペーサ膜６１とを備える。電極材６０は例えばタングステン又はポリシリコンなどである。
スペーサ膜６１は、電極材６０の側面を覆うように例えばシリコン酸化膜により形成され、電極材６０と２層目Ｌ２のダミー積層構造Ｇの導電性材とが構造的に接触しないように設けられる。すなわち、このスペーサ膜６１が設けられることで、Ｙ２方向に隣接するゲートコンタクトＣＰ６間の短絡を防止できる。また、このスペーサ膜６１が設けられることで、ゲートコンタクトＣＰ６と２層目のダミー積層構造Ｇとの間の絶縁性を保持できる。
上記構造のうち、特にスペーサ膜６１の製造方法を概略的に説明する。１層目Ｌ１の構造、２層目Ｌ２の構造を形成するまでの製造方法は前述実施形態と同様である。この後、図５４に示すように、層間絶縁膜１５を例えばシリコン酸化膜によりＣＶＤ法を用いて堆積する。その後、３層目Ｌ３から１層目Ｌ１のゲート電極ＰＧ２の上面に達するまでＲＩＥ法によりヴィアホールを異方性エッチングなどにより形成する。
そして、スペーサ膜６１として例えばシリコン酸化膜をＣＶＤ法、ＡＬＤ法などを用いてヴィアホール内に形成する。この時点では、ヴィアホールの底部にもスペーサ膜６１が形成される。
図５５に示すように、３層目Ｌ３の上層配線２３の形成領域を開口するようにマスクパターン６２を形成し、マスクパターン６２をマスクとしてＲＩＥ法により異方性エッチングする。
すると、３層目Ｌ３の上層配線２３の形成予定領域を開口できると共に、ヴィアホールの底部（ゲート電極ＰＧ２の直上）に形成されたシリコン酸化膜を除去できる。これにより、ヴィアホールの側壁にシリコン酸化膜をスペーサ膜６１として残留させることができる。図５６に示すように、ＣＶＤ法などを用いてヴィアホール及び開口内に電極材６０を埋込む。
その結果、３層目Ｌ３の上層配線２３と１層目Ｌ１のゲート電極ＰＧ２とを構造的に接触させることができる。また、電極材６０は２層目Ｌ２のダミーの積層構造Ｇに接触することがなく、電極材６０とダミーの積層構造Ｇと電気的に分離することができる。これにより、Ｙ２方向に隣接する複数のゲートコンタクトＣＰ６間の短絡を防止でき、ゲートコンタクトＣＰ６の配線接続信頼性を向上できる。３層目Ｌ３より上の上層配線２４の製造方法は説明を省略する。
本実施形態によれば、２層目Ｌ２を貫通するゲートコンタクトの側壁にスペーサ膜６１を設けたので、２層目Ｌ２に延伸するダミー積層構造ＧとゲートコンタクトＣＰ６との接触を防止でき、隣接するゲートコンタクトＣＰ６間の短絡を防止できる。
また、積層構造Ｇの幅ＷＳａ、配置によらず、ゲートコンタクトＣＰ６を配置することができる。その結果、レイアウトの自由度を向上させることができる。
周辺トランジスタＴｒｐ２が高耐圧のトランジスタである形態を示したが、この周辺トランジスタＴｒｐ２は低電圧（低耐圧）トランジスタであっても良い。この場合でも、前述と同様の作用効果を奏する。
（第６実施形態）
図５７〜図６０は第６実施形態を示す。第６実施形態では、複数のゲートコンタクトＣＰ６間に形成される積層構造Ｇ（素子領域Ｓａ）を分断する形態を示す。第５実施形態に示したように、ゲートコンタクトＣＰ６は２層目Ｌ２を貫通するように形成される。
図５７は平面図の一例を模式的に示し、図５８は２層目Ｌ２のダミー積層構造Ｇを貫通するゲートコンタクトＣＰ６の構造の一例を模式的に示す。図５７及び図５８に示すように、２層目Ｌ２を貫通するゲートコンタクトＣＰ６には、電極材６０の側壁に沿ってスペーサ膜６１が形成されている。
図５７及び図５８に示すように、２層目Ｌ２のダミー積層構造Ｇ（特にシリコン膜１０）がＹ２方向において分断されている（図５７及び図５８の分断領域６３参照）。この分断領域６３内には層間絶縁膜１６が埋込まれている。その結果、隣接するゲートコンタクトＣＰ６間の絶縁性を高めることができる。
製造方法を概略的に示す。図５９に示すように、シリコン膜１０、トンネル絶縁膜１１、シリコン膜２５、ＩＰＤ膜１３、導電層１４を形成する。その後、ゲートコンタクトＣＰ６が形成される領域間において、導電層１４、ＩＰＤ膜１３、及びシリコン膜２５をトンネル絶縁膜１１をストッパとして異方性エッチング処理して除去する。
そして、図６０に示すように、この除去領域のほぼ中央のトンネル絶縁膜１１、シリコン膜１０に溝を形成することで分断領域６３を形成する。図５８に示すように、分断領域６３内を埋め込むように、ＣＶＤ法を用いて層間絶縁膜１５を堆積する。
そして、前述実施形態に示したように、層間絶縁膜１６、ダミー積層構造Ｇ、層間絶縁膜９にヴィアホールを形成し、当該ヴィアホール内にスペーサ膜６１付きのゲートコンタクトＣＰ６を形成する。これにより、隣接するゲートコンタクトＣＰ６間に素子領域Ｓａ（ダミー積層構造Ｇ）の分断領域６３を設けることができ、絶縁性をさらに高めることができる。
特に、高耐圧トランジスタに接続されるゲートコンタクトＣＰ６には高い電圧が印加される。そのため、スペーサ膜６１のみでは絶縁耐圧が足りない場合がある。そこで、スペーサ膜６１に加えて分断領域６３を形成することにより、ゲートコンタクトＣＰ６間の絶縁耐圧を向上させることができる。なお、コンタクトに与えられる電圧によっては、分断領域６３のみで絶縁性を保つことができ、スペーサ膜６１を省略することができる。
（第７実施形態）
図６１〜図７３は第７実施形態を示す。Ｐ型の半導体基板１にはエンハンスメントタイプのメモリセルトランジスタＴｒｍを構成する場合が多い。
エンハンスメントタイプのメモリセルトランジスタＴｒｍは、ゲート電極ＭＧが半導体基板１上にトンネル絶縁膜を介して形成され、Ｎ型不純物のソースドレイン拡散層が当該ゲート電極ＭＧの両脇に形成されている。この構造のチャネル長はＮ型拡散層間の距離に依存するため、ゲート長が短くなることに応じて実効チャネル長も短くなる。
近年では、設計ルールの縮小化、セルの微細化が進み、短チャネル効果の影響が無視できない程度になっている。短チャネル効果の影響を生じると、中性閾値電圧の低下の問題を生じたり、サブスレッショルド係数が悪化したりする。
そこで、本実施形態では、短チャネル効果を抑制して実効チャネル長を伸ばすため、ソース／ドレイン領域に高濃度の拡散層を形成せず、素子領域にＮ−層を設け、メモリセルトランジスタＴｒｍをディプレッションタイプに構成する形態が考えられている。ディプレッションタイプのメモリセルトランジスタＴｒｍは空乏層の深さを伸ばすことで、当該トランジスタをカットオフする。
ディプレッションタイプのメモリセルトランジスタＴｒｍはチャネル構造がエンハンスメントタイプのメモリセルトランジスタと異なるため、狭義の短チャネル効果の説明とは原理が異なるが、「短チャネル効果」という用語はチャネル長が短くなるほど閾値が低下するという意味では同義であるため、広義の短チャネル効果と称して説明を行う。
図６１及び図６２は、この構造原理を模式的に説明する説明図の一例を示す。図６１に示すように、ディプレッションタイプのメモリセルトランジスタＴｒｍは、Ｐ型半導体基板１の表層にＮ−層７０（Ｎ型不純物導入層に相当）が形成されている。そのため、制御回路ＣＣがゲート電極ＭＧ（メモリセルゲート電極相当）に０Ｖを印加した場合でも、図６１の"statusＡ"に示すように、ノーマリーオン状態となりＮ−層７０に電流が流れる。
図６１の"statusＢ"〜"statusＤ"に示すように、制御回路ＣＣがゲート電極ＭＧにワード線ＷＬを通じて負方向の電圧（Ｖｆｇ減）を印加すると、当該ゲート電極ＭＧの直下のＮ−層７０が空乏化されカットオフする（空乏層７１の領域参照）。すなわち、空乏層７１の領域が増減することでＮ−中性領域７０が増減する。この動作モードをディプレッションモードと称す。なお、制御回路ＣＣはゲート電極ＭＧに負方向の電圧を印加するのに代え、ソース線ＳＬや半導体基板１に正電圧を印加しても良い。
また、図６２の"statusＡ"と"statusＥ"に示すように、制御回路ＣＣが、前述の"statusＡ"からゲート電極ＭＧに正方向の電圧（Ｖｆｇ増）を印加すると"statusＥ"となり、半導体基板１の表層に蓄積層７２を発生させる。この状態をアキュムレーションモードと称す。
このアキュムレーションモードでは、半導体基板１の表層の蓄積層７２が電流経路となる。すなわち、アキュムレーションモードでは、制御回路ＣＣがゲート電極ＭＧに正電圧を印加することで蓄積層７２を生成し当該蓄積層７２に電流を流す動作モードである。
ディプレッションモードでは、空乏層７１がゲート電極ＭＧ脇のＮ−層７０に拡がることでカットオフされるため、実効チャネル長を伸ばすことができる。これに対し、アキュムレーションモードではゲート電極ＭＧの脇の領域において自セル及び隣接セルのフリンジ電界により蓄積層７２を形成し、当該蓄積層７２に電流経路を作成する。すると、前述したエンハンスメントタイプのように拡散層領域を設ける必要もなく実効チャネル長を伸ばすことができる。
図６３に説明図を示す。なお図６３以降の図中のゲート電極ＭＧ内に付した「Ｅ」「Ａ」「Ｂ」「Ｃ」は、電荷蓄積層ＦＧ内の電荷量に応じたデータ記憶レベルを示しており、各メモリセルトランジスタＴｒｍは、消去状態（Ｅ）＜書込状態（Ａ）＜書込状態（Ｂ）＜書込状態（Ｃ）の順に閾値電圧が設定されている。
図６３に示すように、例えばある一つのセルユニットＵＣを考慮する。このセルユニットＵＣでは、各メモリセルトランジスタＴｒｍの電荷蓄積層ＦＧに蓄積された電荷量（電子量）に応じて各メモリセルトランジスタＴｒｍの閾値電圧が決定される。各メモリセルトランジスタＴｒｍの閾値電圧分布はセル記憶データに応じて決定される。
本実施形態に示すように、メモリセルトランジスタＴｒｍが直列に接続されているとき、読出対象メモリセルは、隣接セルが消去状態であっても書込状態であっても何れの場合でも正常に読出可能になっていることが要求される。
図６３に示すように、読出対象メモリセル（図６３には"Sense"と記載）の状態を読出すときに、隣接セルが消去状態（Ｅ）になっていても書込状態（Ｃ）になっていても読出可能になることが要求される。ここで、隣接セルを”statusＡ”もしくは"statusＥ"の状態にする。
ここで、メモリセルトランジスタＴｒｍが書込状態（Ｃ）になっていると、電荷蓄積層ＦＧの蓄積電子量が多いため、フリンジ電界は弱く蓄積層７２は形成されにくい。
一方、メモリセルトランジスタＴｒｍが消去状態（Ｅ）になっていると、電荷蓄積層ＦＧの蓄積電子量が少ないため、フリンジ電界が強く発生し当該セル直下及びその脇に蓄積層７２を生じやすくなる。
すると、蓄積層７２中の多数キャリア（ｅ）の数とＮ−中性領域７０中のキャリアの数の違いに応じて素子領域Ｓａ（素子活性領域）に流れる電流が変化する。すなわち、隣接セルが消去状態（Ｅ）か書込状態（Ｃ）かに応じて電流経路、電流量が変化する。このため、セル電流がバラつき、誤読出が発生する可能性を生じる。
そこで、本実施形態では、図６４及び図６５に示す構造を採用している。図６４に係るセルユニットの構造模式図の一例、図６５に係るメモリセルトランジスタの模式的な縦断面構造の一例を参照し、縦断面構造を説明する。
半導体基板１は、例えばＰ型の単結晶シリコン基板を用いて構成される。図６４及び図６５に素子領域Ｓａに沿う断面を模式的に示すように、半導体基板１は素子領域Ｓａの表層にＮ−層７０を備える。
図６４に示すように、このＮ−層７０は、選択トランジスタＴｒｓ１と選択トランジスタＴｒｓ２との間に連続的に設けられる。Ｎ−層７０は、メモリセルトランジスタＴｒｍのゲート電極ＭＧの下を通じて、その深さがほぼ一定深さに形成されている。
また、選択トランジスタＴｒｓ１、Ｔｒｓ２の各選択ゲート電極ＳＧＤ、ＳＧＳの直下には、Ｐ型不純物がチャネル領域として設けられる。ビット線コンタクトＣＢ及びソース線コンタクトＣＳ直下には、それぞれＤＤＤ構造のＮ型不純物拡散領域７０ａが設けられている。
図６５にメモリセルトランジスタＴｒｍの模式断面の一例を示す。メモリセルトランジスタＴｒｍはゲート電極ＭＧを備える。ゲート電極ＭＧは、半導体基板１のＮ−層７０上にトンネル絶縁膜４を介して形成された電荷蓄積層ＦＧと、電荷蓄積層ＦＧ上に形成されたＩＰＤ膜５と、ＩＰＤ膜５上に形成された制御電極ＣＧと、を備える。
制御電極ＣＧは、リン等の不純物がドープされた多結晶シリコン膜８ａと、この多結晶シリコン膜８ａの上に形成されたタングステン層などの低抵抗化金属層８ｂとが積層された導電層８を備えて構成される。このゲート電極ＭＧの構造は、前述実施形態で説明したメモリセルトランジスタの構造とほぼ同様の構造である。ただし、本実施形態では、制御電極ＣＧ上にはキャップ膜７３が形成されている構造を例に挙げて説明する。キャップ膜７３は例えばシリコン窒化膜により形成される。
また、シリコン酸化膜７４が、キャップ膜７３の上面、当該キャップ膜７３及びゲート電極ＭＧの側壁に沿って保護膜として形成されている。本実施形態では、空隙７５がこれらのゲート電極ＭＧを覆うシリコン酸化膜７４間に設けられている。この空隙７５は各メモリセルトランジスタＴｒｍのゲート電極ＭＧ間の寄生容量を抑制するため設けられる。
本実施形態では、メモリセルトランジスタＴｒｍのゲート電極ＭＧの両脇の半導体基板１のＮ−層７０の表層には溝７６が形成されている。この溝７６が形成されることで、Ｎ−層７０の表層には、半導体基板１の上面との段差Ｄが設けられている。このＮ−層７０の表層に設けられる段差Ｄは、フリンジ電界の影響を抑制するために設けられる。
空隙７５は、各ゲート電極ＭＧ間に位置して設けられると共に各ゲート電極ＭＧ間の上方まで連通して設けられる。層間絶縁膜９はシリコン酸化膜７４上を渡り空隙７５を覆うように形成されている。この層間絶縁膜９はシリコン酸化膜７４の上面より上方に形成されている。空隙７５はキャップ膜７３及びゲート電極ＭＧの上方に突出して形成され、層間絶縁膜９は空隙７５の突出部の側端を覆っている。
また、空隙７５は、各ゲート電極ＭＧ間に位置して設けられると共に、当該ゲート電極ＭＧの脇に位置してトンネル絶縁膜４の下面よりも下方にも連通して設けられる。したがって空隙７５の下端は半導体基板１の上面より下方に位置する。ゲート電極ＭＧが発生するフリンジ電界は、電荷蓄積層ＦＧの側面及び下側端から半導体基板１の表層で且つゲート電極ＭＧの両脇に影響を及ぼす。
本実施形態では、ゲート電極ＭＧ間の空隙７５の下端が半導体基板１の上面より下方に位置して設けられている。このため、当該空隙７５により当該空間の比誘電率を低くすることができ、Ｎ−層７０に及ぼされるフリンジ電界の影響をさらに軽減できる。
図６６に本実施形態の構造の利点の説明図を模式的に示している。本実施形態の構造では、段差Ｄが各ゲート電極ＭＧ間のＮ−層７０の上部に設けられているため、電流は主にこの段差Ｄの下側に流れる。
また、各メモリセルトランジスタＴｒｍの電荷蓄積層ＦＧから生じるフリンジ電界は、当該電荷蓄積層ＦＧの注入電荷量に応じてその電界強度が変化する。しかし本実施形態の構造を採用するとフリンジ電界が緩和される。詳細な説明は後述する。
これにより、メモリセルトランジスタＴｒｍの電荷蓄積層ＦＧの電荷蓄積状態がどのような状態であっても、各メモリセルトランジスタＴｒｍをほぼディプレッションモードで動作させることができる。本実施形態に係る構造を採用すると、メモリセルトランジスタＴｒｍのゲート電極ＭＧへの注入電荷が変化したとしても、Ｎ−層７０に流れる電流を概ね一定にできる。
ディプレッションタイプのメモリセルトランジスタＴｒｍは、前述したように空乏層７１が形成されることによってセルユニットＵＣの通電電流をカットオフする。このため、空乏層７１が生成される厚さ以上に厚いＮ−層７０を構成しなくても良い。
空乏層７１は、チャネルのＮ型不純物濃度を濃くするほど、同一電界を印加したときの空乏層７１が狭くなり、Ｎ型不純物濃度を薄くするほど多数キャリアが減少し電子移動度が低くなる。これによりセル電流が流れにくくなる。
例えば、Ｎ−層７０の不純物濃度を例えば５×１０１７［ｍ−３］とすれば、電荷蓄積層ＦＧの電荷蓄積状態及び制御電極ＣＧの印加電圧に応じて空乏層７１の最大深さを例えば７０［ｎｍ］にできる。ここで、「深さ」とはゲート電極ＭＧ直下の半導体基板１の表面からの深さである。
実際のＮ−層７０の深さを例えば５０［ｎｍ］とするとエッチング量（段差Ｄの大きさ）を１０［ｎｍ］としたとき、Ｎ−層７０の厚さが４０［ｎｍ］となり２０％程度セル電流が減少する。この２０％程度のセル電流の減少が許容範囲と見做せるときには、１０［ｎｍ］程度がエッチング処理量の上限となる。
図６７〜図６９は制御回路ＣＣがワード線ＷＬ（制御電極ＣＧ）の印加電圧を変化させたときの動作を模式的に示している。例えば、対象のメモリセルトランジスタＴｒｍが書込状態（Ａ）で有る場合を例に挙げて説明する。図６７に示すように、制御電極ＣＧの印加電圧が電圧Ｖsen1の条件では、空乏層７１がＮ−層７０の下端まで伸びて電流がカットオフされることになる。
また、図６８に示すように、制御電極ＣＧの印加電圧が電圧Ｖsen2（＞Ｖsen1）となる条件では、空乏層７１がＮ−層７０の表層側に縮小することでＮ−層７０を通じて電流が流れる。
すなわち、制御回路ＣＣは印加電圧が電圧Ｖsen1ではセル電流が流れず、電圧Ｖsen2ではセル電流が流れた場合に、メモリセルトランジスタＴｒｍが書込状態（Ａ）であると判断する。
また、図６９に示すように、制御電極ＣＧの印加電圧Ｖsen3＞メモリセルトランジスタＴｒｍの閾値電圧Ｖｔｈ（＞Ｖsen2）の場合には、トンネル絶縁膜４の近傍に蓄積層７２が形成される。しかし、この蓄積層７２は、半導体基板１の表層に段差Ｄが形成されているため、蓄積層７２は段差Ｄの下のＮ−層７０にまで伸びない。したがって、アキュムレーションモードの蓄積層７２はＮ−層７０に流れる電流量には影響しない。その結果、電荷蓄積層ＦＧの注入電荷量が変化したとしてもＮ−層７０に流れる電流をほぼ一定にできる。これにより安定動作できる。
本実施形態によれば、ゲート電極ＭＧの脇の半導体基板１の上部に溝７６、段差Ｄを設けているため、フリンジ電界がＮ−層７０に及ぼす影響を軽減できる。しかも、この段差Ｄの部分に空隙７５を設けているため、当該領域の比誘電率を低くすることができ、フリンジ電界がＮ−層７０に及ぼす影響をさらに軽減できる。
以下、本実施形態に係る製造方法の一例を図７０〜図７２に示す工程断面図を参照して説明する。なお、図７０〜図７２は、図６５に対応するメモリセルトランジスタＴｒｍの断面構造の一製造段階について模式的に示すものである。製造方法の要部のみ説明するため、図７０に示す断面構造に至る製造工程について概略的に説明する。
まず、Ｐ型の単結晶シリコン基板を半導体基板１として用意する。メモリセル領域Ｍの半導体基板の表層にＮ−層７０を形成する。この形成方法は、Ｐ型の半導体基板１の表層にイオンインプランテーション技術により砒素（Ａｓ）などのＮ型不純物を導入し活性化することで構成する。このほか、Ｎ型不純物ドープアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ）を結晶化させることによってＮ−層７０を作成しても良い。
この後、半導体基板１の表面にトンネル絶縁膜４として例えばシリコン酸化膜を熱酸化法により形成する。トンネル絶縁膜４は、メモリセルトランジスタＴｒｍのトンネル絶縁膜（ゲート絶縁膜）として構成される。トンネル絶縁膜４上に導電層２２を形成する。導電層２２は例えばリン等の不純物がドープされたポリシリコン膜を例えばＣＶＤ法を用いて形成する。この導電層２２上にマスクパターンを形成し、導電層２２、トンネル絶縁膜４、及び半導体基板１の上部に対し、Ｙ方向に沿って素子分離溝２を形成する。
そして素子分離溝２内に素子分離膜３を埋込み、当該素子分離膜３の上部を平坦化処理、エッチバック処理などを行うことで導電層２２の上面を露出させる。導電層２２の上面および素子分離膜３上面に沿ってＩＰＤ膜５を形成する。図６５及び図７０に示す構造では素子分離溝２及び素子分離膜３は図示していないが、素子分離溝２及び素子分離膜３の構造は、図４のメモリセル領域Ｍ内と類似の断面構造となる。
ＩＰＤ膜５の上にシリコン膜８ａを例えばＣＶＤ法により形成し、シリコン膜８ａ上にタングステン（Ｗ）などの低抵抗化金属層８ｂを形成する。その後、低抵抗化金属層８ｂ上に例えばシリコン窒化膜を用いてキャップ膜７３としてＣＶＤ法により形成し、当該キャップ膜７３上にレジスト７７を塗布してパターニングする。このようにして図７０に示す構造が得られる。
このレジスト７７のマスクパターンは、Ｘ方向（ワード線方向）に沿って選択ゲート線ＳＧＬ１、ＳＧＬ２、及びワード線ＷＬを形成するために設けられる。
次に、図７１に示すように、このレジスト７７のマスクパターンをマスクとしてＲＩＥ法によりキャップ膜７３を異方性エッチングし、レジスト７７を除去した後、キャップ膜７３をマスクとして、低抵抗化金属層８ｂ、シリコン膜８ａ、ＩＰＤ膜５、及び、導電層２２を異方性エッチングする。
本実施形態では、半導体基板１の上面において一旦異方性エッチング処理をストップし、その後、半導体基板１の表層を削る。このため、半導体基板１の表面をストッパとして、低抵抗化金属層８ｂ、シリコン膜８ａ、ＩＰＤ膜５、導電層２２を異方性エッチングすることができる。その結果、ワード線ＷＬ、ＩＰＤ膜５、及び電荷蓄積層ＦＧを形成できる。
前述の異方性エッチング処理は、トンネル絶縁膜４の上面をエッチングストッパにして処理しても良い。
図７２に示すように、さらに条件を変更し半導体基板１の表面をわずかに異方性エッチングする。このときの半導体基板１のエッチング深さ（段差Ｄ）は、例えば５［ｎｍ］〜１０［ｎｍ］程度とする。
半導体基板１の上面（又はトンネル絶縁膜４の上面）において一旦エッチング処理をストップして当該表面を揃えており、その後再度わずかにエッチング処理しているため、エッチング深さ精度は、電気的性能上問題とならない程度で各段差Ｄ間で均一化できる。
このときの半導体基板１のエッチング量は、下限をＮ−層７０に生じる蓄積層７２の深さとし、上限をＮ−層７０の深さとする。蓄積層７２の深さは、消去状態（Ｅ）のメモリセルトランジスタＴｒｍに読出電圧Ｖreadを印加したときの蓄積層７２の厚さで決定される。
半導体基板１を異方性エッチング処理するときには、制御回路ＣＣが消去状態（Ｅ）の読込非対象メモリセルＴｒｍの制御電極ＣＧに読出電圧Ｖreadを印加したときに生じる蓄積層７２の厚さを超える深さまでエッチング処理すると良い。
これにより、制御回路ＣＣが制御電極ＣＧに読出電圧Ｖreadを印加したときに生じる蓄積層７２が、Ｎ−層７０に生じる電子の流れ（電流経路）に影響を与えにくくするように構成できる。例えば、蓄積層７２の深さが５［ｎｍ］よりも浅い場合には、エッチング深さのバラつきを考慮すれば、エッチング量を５［ｎｍ］以上とすると良い。
エッチング量の上限をＮ−層７０の深さとしている理由はＮ−層７０を分断しないようにするためである。これは、Ｎ−層７０の深さからエッチング処理の深さを差し引いた深さに応じて通電可能な電流が決定されるためである。セルユニットＵＣのチャネル電流の上限量を許容する程度に異方性エッチング処理量の上限を定めると良い。このようにして、半導体基板１上にトンネル絶縁膜４を介してゲート電極ＭＧを形成できる。
各ゲート電極ＭＧを分断した後、図６４に示すように、選択トランジスタＴｒｓ１、Ｔｒｓ２のチャネル領域となるＮ−層７０にイオンインプランテーションによりＰ型不純物を導入する。このとき、選択ゲート電極ＳＧＤ、ＳＧＳとメモリセルトランジスタＴｒｍのゲート電極ＭＧとの間の空隙７５を通じて、Ｐ型不純物は半導体基板１の表面に対し斜めにイオン注入される。これにより、選択トランジスタＴｒｓ１、Ｔｒｓ２の選択ゲート電極ＳＧＤ、ＳＧＳの直下領域にＰ型不純物を導入できる。この不純物は後の熱処理により活性化される（図６４の選択ゲート電極ＳＧＤ、ＳＧＳの直下領域参照）。
その後、図６５に示すように、信頼性確保のための薄いシリコン酸化膜７４を、キャップ膜７３の上面、側面、各ゲート電極ＭＧの側面に沿ってＣＶＤ法などにより形成する。
そして、各ゲート電極ＭＧ間に空隙７５を設けるように層間絶縁膜９を例えばプラズマＣＶＤ法により形成する。ビット線コンタクトＣＢ、ソース線コンタクトＣＳの直下領域に、Ｎ型不純物を低濃度、高濃度の順に変更して導入する。この不純物は熱処理されることで活性化されるが、これによりＤＤＤ構造のＮ型不純物拡散領域７０ａを形成できる。
そして、ビット線コンタクトＣＢ、ソース線コンタクトＣＳを形成し、ビット線ＢＬを形成するが、これらの工程及びその後の上層配線の製造工程の詳細は省略する。
本実施形態の製造方法によれば、ゲート電極ＭＧ脇の半導体基板１の上部に段差Ｄを設け、空隙７５をこの段差Ｄの領域に設けるように層間絶縁膜９を形成しているので、フリンジ電界の緩和効果を高めることができる。
また、積層膜４、２２、５、８ａ、８ｂを異方性エッチングすることでゲート電極ＭＧを分断するときに、半導体基板１（又はトンネル絶縁膜４）の上面をストッパとして一旦停止し、条件を変更して半導体基板１の上部を異方性エッチング処理する。その結果、ゲート電極ＭＧ脇の段差の均一化を図ることができる。これによりフリンジ電界の緩和効果を均一化できる。
なお、空隙７５は設けなくてもフリンジ電界の緩和効果はある。このため空隙７５を設けなくても良く、図７３に模式断面を示すように、層間絶縁膜９を堆積する工程において、ゲート電極ＭＧ間に層間絶縁膜９として、例えばシリコン酸化膜をＬＰＣＶＤ法などを用いて埋め込んでも良い。
（第８実施形態）
図７４及び図７５は第８実施形態を示す。本実施形態は、Ｎ−層７０と、Ｐ型半導体基板１のＰ型層８１との間に絶縁膜（例えばシリコン酸化（ＳｉＯ２）膜）８２を挟んで構成したところに特徴を備える。
図７４にセルユニットの全体構造、図７５に一部のメモリセルトランジスタＴｒｍの模式断面を示すように、絶縁膜８２がＰ型半導体基板１のＰ型層８１とＮ−層７０との間に挟まれている。この構造は、所謂ＳＯＩ（Silicon On Insulator）構造でありバックバイアス機能を持たせることができる。すなわち、制御回路ＣＣがＰ型層８１にバックバイアスを印加すれば、前述実施形態に示した空乏層７１の伸びを調整することができる。
また、ＳＯＩ技術を用いて絶縁膜８２を構成した後に、例えばインプランテーションによりイオン注入して熱処理してＮ−層７０を構成したときには、Ｎ型不純物のＰ型層８１側への拡散を抑制する効果を奏する。
また、Ｎ−層７０に形成される空乏層の下限を絶縁膜８２と接触させることができる。その結果、メモリセルトランジスタＴｒｍのカットオフ特性を向上させることができる。
（第９実施形態）
図７６は、第９実施形態を示す。前述実施形態に説明したＮ−層７０の素子領域は、図７６に示す２層目Ｌ２又はそれ以上の層（セルユニットＵＣの構成層）に構成することが好適となる。
ここで、第８実施形態の絶縁膜８２に相当する構成は、この図７６に示す層間絶縁膜９である。すなわち、この構成を採用すれば、１層目Ｌ１の層間絶縁膜９が埋込絶縁膜の役割を果たすため、埋込絶縁膜８２を形成する必要がなくなる。
また２層目Ｌ２以上の素子領域Ｓａは、例えば第１実施形態に示したように、ポリシリコン膜１０により形成されているが、このポリシリコン膜１０にＮ型不純物を導入すればＮ−層７０を構成できる。
本実施形態によれば、２層目Ｌ２のメモリセルトランジスタＴｒｍの特性を向上させることができる。特に２層目Ｌ２のメモリセルトランジスタＴｒｍの素子領域Ｓａはポリシリコンによって形成される場合が多い。そのためセル電流のばらつきが大きくなる。このような本実施形態を適用することにより、２層目Ｌ２のメモリセルトランジスタＴｒｍの特性を向上させることができる。また、本実施形態を第１〜第６実施形態と組み合わせることもできる。
（他の実施形態）
例えば、以下のように変形しても良い。第１〜第５実施形態では、１層目Ｌ１の素子領域Ｓａと２層目Ｌ２以上の素子領域Ｓａの延伸方向を互いに同一方向とした形態を示したが、この方向は互いに交差する方向であっても直交する方向であっても良い。
各実施形態では、メモリセルトランジスタＴｒｍのゲート電極ＭＧについて、導電層２２が素子分離膜３の上面から突出した所謂突出ゲート電極構造を用いても良いし、導電層２２が素子分離膜３の上面とほぼ面一となるフラット型ゲート電極構造を用いても良い。
前述実施形態では、メモリセルアレイＡｒは単一構成である実施形態を示したが、複数の領域（プレーン）に分割構成されていても良い。
各セルユニットＵＣのドレイン側の選択トランジスタＴｒｓ１側、ソース側の選択トランジスタＴｒ２側にそれぞれ１個のダミーセルを備えた形態に適用しても良いし、さらにそれぞれ複数（例えば２個や３個）のダミーセルを備えた形態に適用しても良い。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、各実施形態に示した構成、各種条件に限定されることはなく、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
図面中、ＡはＮＡＮＤ型のフラッシュメモリ装置（不揮発性半導体記憶装置）、１は半導体基板、ＵＣはセルユニット、Ｐは周辺回路領域、Ｍはメモリセル領域、Ｔｒｐは周辺トランジスタ（周辺回路素子）、Ｃａは容量素子（周辺回路素子）、Ｒａは抵抗素子（周辺回路素子）、Ｓａは素子領域（周辺回路領域Ｐの２層目Ｌ２の素子領域Ｓａはダミー素子領域）、７０はＮ−層（Ｎ型不純物導入層）、７６は溝、ＭＧはゲート電極（メモリセルゲート電極）、を示す。

Claims (9)

  1. メモリセル領域と、
    前記メモリセル領域に隣接する周辺回路領域と、
    前記メモリセル領域の第１層目に配置された第１メモリセルユニットと、
    前記メモリセル領域の第ｋ層目（ｋは２以上の整数）に配置され、第１方向に延び、前記第１方向に交差する第２方向に第１幅を存して形成された素子領域を有する第２メモリセルユニットと、
    前記周辺回路領域の前記１層目に形成された周辺回路素子と、を備え、
    前記周辺回路領域の前記ｋ層目には、前記第１幅の２ｎ＋１倍（但しｎ≧０の整数）の第２幅を前記第２方向に存して形成されたダミー素子領域を備えることを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
  2. 前記周辺回路領域の前記ｋ層目に配置された抵抗素子又は／及び容量素子をさらに備え、
    前記抵抗素子又は／及び前記容量素子は前記ダミー素子領域を一要素として有することを特徴とする請求項１記載の不揮発性半導体記憶装置。
  3. メモリセル領域と、
    前記メモリセル領域に隣接する周辺回路領域と、
    前記メモリセル領域の第１層目に配置された第１メモリセルユニットと、
    前記メモリセル領域の第ｋ層目（ｋは２以上の整数）に配置され、第１方向に延び、前記第１方向に交差する第２方向に第１幅を存して形成された素子領域を有する第２メモリセルユニットと、
    前記周辺回路領域の前記１層目に形成された周辺回路素子と、
    前記周辺回路領域内の前記ｋ層目に前記第１方向に沿うと共に前記第２方向に離間して形成されたダミー素子領域と、
    前記ダミー素子領域に接触しつつ前記第１層目の複数の周辺回路素子まで積層方向にそれぞれ貫通する複数のコンタクトと、を備え、
    前記複数のコンタクトは側面が絶縁膜により覆われていることを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
  4. 前記ダミー素子領域は、前記複数のコンタクト間において分断領域により分断されていることを特徴とする請求項３記載の不揮発性半導体記憶装置。
  5. 前記複数の周辺回路素子は、それぞれ高耐圧トランジスタを含むことを特徴とする請求項３又は４記載の不揮発性半導体記憶装置。
  6. 半導体基板と、
    第１方向に沿って形成される素子領域と、
    前記素子領域上に前記第１方向に離間して形成された複数のメモリセルゲート電極と、
    前記複数のメモリセルゲート電極の下の素子領域に連通されたＮ型不純物導入層と、
    前記メモリセルゲート電極の両脇で且つ前記素子領域のＮ型不純物導入層の上部に溝が設けられることを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
  7. 前記メモリセルゲート電極間には空隙が設けられ、
    前記空隙の下端が前記素子領域の溝内に位置することを特徴とする請求項６記載の不揮発性半導体記憶装置。
  8. 前記半導体基板内及び当該半導体基板上には、前記素子領域が複数層備えられ、
    前記素子領域は、前記半導体基板上の第２層目以上の層に設けられることを特徴とする請求項６または７記載の不揮発性半導体記憶装置。
  9. 前記半導体基板の溝は、その深さが５［ｎｍ］以上に設けられることを特徴とする請求項６〜８の何れか一項に記載の不揮発性半導体記憶装置。
JP2013192059A 2013-09-17 2013-09-17 不揮発性半導体記憶装置 Pending JP2015060874A (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013192059A JP2015060874A (ja) 2013-09-17 2013-09-17 不揮発性半導体記憶装置
US14/291,816 US20150076578A1 (en) 2013-09-17 2014-05-30 Nonvolatile semiconductor storage device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2013192059A JP2015060874A (ja) 2013-09-17 2013-09-17 不揮発性半導体記憶装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2015060874A true JP2015060874A (ja) 2015-03-30

Family

ID=52667193

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2013192059A Pending JP2015060874A (ja) 2013-09-17 2013-09-17 不揮発性半導体記憶装置

Country Status (2)

Country Link
US (1) US20150076578A1 (ja)
JP (1) JP2015060874A (ja)

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6230512B2 (ja) * 2014-09-10 2017-11-15 東芝メモリ株式会社 半導体メモリ
KR102676879B1 (ko) * 2017-02-08 2024-06-19 삼성전자주식회사 반도체 장치 및 그 제조 방법
JP2018157106A (ja) 2017-03-17 2018-10-04 東芝メモリ株式会社 記憶装置および容量素子
KR102343847B1 (ko) * 2017-04-25 2021-12-28 삼성전자주식회사 3차원 반도체 메모리 장치
KR102500943B1 (ko) 2018-08-24 2023-02-16 삼성전자주식회사 반도체 장치 및 이의 제조 방법
US10950545B2 (en) * 2019-03-08 2021-03-16 International Business Machines Corporation Circuit wiring techniques for stacked transistor structures
KR102650428B1 (ko) 2019-11-06 2024-03-25 에스케이하이닉스 주식회사 반도체 메모리 장치
CN110690219B (zh) * 2019-12-10 2020-07-14 长江存储科技有限责任公司 一种三维存储器及其制备方法、一种光刻掩膜版
KR102682345B1 (ko) 2020-01-17 2024-07-08 에스케이하이닉스 주식회사 반도체 메모리 장치 및 그 제조방법
US11581368B2 (en) 2020-06-18 2023-02-14 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Memory device, integrated circuit device and method

Also Published As

Publication number Publication date
US20150076578A1 (en) 2015-03-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9960173B2 (en) Semiconductor memory device
JP2015060874A (ja) 不揮発性半導体記憶装置
US8378409B2 (en) Non-volatile memory device and method for fabricating the same
US11127754B2 (en) Semiconductor storage device
US11985822B2 (en) Memory device
US10475806B2 (en) Semiconductor memory device including stacked body with conductivity and insulating members and method for manufacturing the same
US10283519B2 (en) Three dimensional NAND string memory device
KR20120094208A (ko) 반도체 소자 및 그 제조 방법
JP2014179361A (ja) 不揮発性半導体記憶装置およびその製造方法
JP2009054941A (ja) 半導体装置及び半導体記憶装置
US9853052B1 (en) Semiconductor device and method for manufacturing same
US8044513B2 (en) Semiconductor device and semiconductor device manufacturing method
JP2009289813A (ja) 不揮発性半導体記憶装置の製造方法
CN111180458B (zh) 3d存储器件及其制造方法
US20150060971A1 (en) Nonvolatile semiconductor memory device and method of manufacturing the same
TWI591771B (zh) Non-volatile semiconductor memory device
US9129858B2 (en) Semiconductor device
JP2012199313A (ja) 不揮発性半導体記憶装置
JP2012033766A (ja) 半導体記憶装置およびその製造方法
TWI580086B (zh) 記憶體裝置及其製造方法
TWI538107B (zh) 快閃記憶體及其製造方法
JP2013219179A (ja) 半導体装置及びその製造方法
US9048328B2 (en) Semiconductor device having plural memory cells with cavities formed therein, and method of manufacturing the same
US8502298B2 (en) Semiconductor device and method of manufacturing the same
JP4564511B2 (ja) 半導体装置及びその製造方法