JP3679922B2 - Nonvolatile semiconductor memory device - Google Patents

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【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気的にデータの書き込み/消去が可能な不揮発性半導体記憶装置に関するものであり、特に、電荷蓄積層として2種以上の絶縁膜を用い、これら2種以上の絶縁膜の界面近傍、つまり界面やその近傍に電荷を蓄積する不揮発性半導体記憶装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
図15及び図16に、従来におけるNAND構造の不揮発性半導体記憶装置を示す。これらの図のうち、図15は、半導体基板上に形成されたワード線部分を層間絶縁膜を除去して立体的に示す斜視図である。図16(a)は不揮発性半導体記憶装置の平面図であり、図16(b)はその断面図である。
【0003】
図15からわかるように、この不揮発性半導体記憶装置の半導体基板100の表面には、ワード線方向に複数の下層酸化膜102が連続的に形成されている。この下層酸化膜102上には、同様にワード線方向に窒化膜104が連続的に形成されている。この窒化膜104上には、やはり同様にワード線方向に上層酸化膜106が連続的に形成されている。上述した下層酸化膜102と窒化膜104と上層酸化膜106とで、電荷蓄積層107を構成している。上層酸化膜106の表面には、ワード線方向にワード線108が連続的に形成されている。このワード線は不純物をドーピングしたポリシリコンから構成されている。
【0004】
図16(b)からわかるように、ワード線108の上側には、層間絶縁膜109を介して、ビット線方向にビット線110が形成されている。図16(a)からわかるように、ビット線110の図中上側にはコンタクトホール112が設けられており、半導体基板100表面側に形成されたドレイン領域Dと電気的に接続されている。また、この半導体基板100表面側におけるワード線108の間には、ソース/ドレイン領域領域SDが形成されている。図15からわかるように、ワード線108下方の半導体基板100表面側には、チャネル領域CHが構成される。図16における一点鎖線で囲った部分からわかるように、1本のワード線108とその図中上下に位置する2つのソース/ドレイン領域SDとにより、1ビットのメモリセルトランジスタを構成している。図中下側のメモリセルトランジスタのさらに下側には、ソース領域Sがワード線方向に連続的に形成されている。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
図16(b)からわかるように、従来においては、電荷蓄積層107の窒化膜104はワード線方向に連続的に設けられている。すなわち、2種以上の異種絶縁膜の界面近傍に電荷を蓄積するようにした不揮発性半導体記憶装置においては、各絶縁膜の界面はワード線方向に連続している。これは従来においては、電荷蓄積層107が絶縁膜で形成されていることから、その界面近傍に保持された電荷は移動しないと考えられたことによる。
【0006】
ところが、経年変化や高温状態での使用で、下層酸化膜102と窒化膜104との間の界面近傍に保持された電荷が移動し広がることがあることが判明した。すなわち、絶縁膜である窒化膜104がメモリセルトランジスタ毎に分離されていないため、この界面近傍において保持電荷の移動が起こり得るのである。このように界面近傍に保持された電荷が移動すると、メモリトランジスタのしきい値が変動して、不揮発性半導体記憶装置におけるデータ保持特性が劣化し、信頼性の上で問題が生じる。
【0007】
そこで本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、2種以上の絶縁膜の界面近傍を保持電荷が移動しないようにすることにより、データ保持特性及び信頼性を向上させた不揮発性半導体記憶装置を提供することを目的とする。具体的には、2種以上の絶縁膜のうち窒化膜をメモリセルトランジスタ毎に分断することにより、電荷を保持する界面をワード線方向に分断し、保持電荷の移動が起きないようにした、不揮発性半導体記憶装置を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る不揮発性半導体記憶装置は、
行方向及び列方向にマトリックス状に配置された複数のメモリセルトランジスタを有する不揮発性半導体記憶装置であって、
前記各メモリセルトランジスタは、
半導体基板上に2種以上の絶縁膜を積層することにより、前記2種以上の絶縁膜の界面近傍に電荷を蓄え得るように形成された電荷蓄積層であって、前記2種以上の絶縁膜のうちの一部の絶縁膜を前記メモリセルトランジスタ毎に分離することにより、前記2種以上の絶縁膜の界面が前記メモリセルトランジスタ毎に分離されているが、前記一部の絶縁膜の残りの絶縁膜は分離されていない、電荷蓄積層と、
前記電荷蓄積層上に形成され、前記電荷蓄積層に電圧を印加するための、ワード線と、
前記電荷蓄積層の両側に位置する半導体基板表面側に形成されたソース/ドレイン領域とを備え、
列方向に配置された前記複数のメモリセルトランジスタにおいては、前記各ソース/ドレイン領域を共有する形で列方向に直列的に接続され、前記直列的に接続された複数のメモリセルトランジスタの両端を選択トランジスタが連続的に接続されており、各列毎に、NAND型メモリセルを構成し、
前記各ワード線は行方向に並ぶ前記複数のメモリセルトランジスタの電荷蓄積層上を各行毎に共通接続するように、行方向に連続的に形成されている、
ことを特徴とする。
【0010】
【発明の実施の形態】
〔第1実施形態〕
本発明の第1実施形態は、2種以上の絶縁膜を積層して電荷蓄積層として用いたNAND型メモリセルトランジスタを有する不揮発性半導体記憶装置において、2種以上の絶縁膜の界面の少なくとも1つを、メモリセルトランジスタ毎に分離することにより、この界面近傍に捕獲された電荷が移動し、広がることがないようにして、メモリセルトランジスタのしきい値の変動を抑制し、データ保持性を向上させたものである。以下、図面に基づいて本実施形態を詳細に説明する。
【0011】
まず、図1及び図2に基づいて、本実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置の構造を説明する。図1(a)は不揮発性半導体記憶装置の層間絶縁膜を透過して示す平面図であり、図1(b)は(a)における(b)−(b)線断面図である。図2は不揮発性半導体記憶装置のワード線部分を層間絶縁膜を除去して立体的に示す斜視図である。
【0012】
図1(b)からわかるように、p型シリコン基板からなる半導体基板10の表面側には、この半導体基板10よりも不純物濃度の高い素子分離領域12が形成されている。この素子分離領域12は、ビット線方向(列方向)に連続的に形成されており、ワード線方向(行方向)に並んだ各メモリセルトランジスタ間のフィールド反転を防止している。半導体基板10上には、電荷蓄積層20が形成されている。この電荷蓄積層20は、メモリセルトランジスタ毎に島状に分離されて形成された下層酸化膜23と、その上に同様にメモリセルトランジスタ毎に島状に分離されて形成された窒化膜24と、を備えている。すなわち、図1(a)からわかるように、窒化膜24はワード線方向にも分断されて、各メモリセルトランジスタ毎に形成されている。さらに、図1(b)からわかるように、この電荷蓄積層20は、これら下層酸化膜23と窒化膜24とを覆うようにワード線方向に連続的に形成された上層酸化膜26を備えている。つまり、下層酸化膜23と窒化膜24と上側酸化膜26とからなる3層の絶縁膜から、電荷蓄積層20が構成されている。
【0013】
同様に図1(b)からわかるように、電荷蓄積層20の上側には、ポリシリコン等からなるワード線30がワード線方向に連続的に形成されている。すなわち、図1(a)からわかるように、ワード線方向に並んだ複数の窒化膜24を覆うように、ワード線30が形成されている。再び図1(b)からわかるように、ワード線30の上側には、この不揮発性半導体記憶装置の表面を覆うように、層間絶縁膜32が形成されている。この層間絶縁膜32の上側には、ビット線34が形成されている。図1(a)からわかるように、このビット線34は、ビット線方向に連続的に形成されている。このビット線34の図中上側には、コンタクトホール36が設けられており、このコンタクトホール36を介してビット線34は、半導体基板10の表面側に形成されたドレイン領域Dと接続されている。ドレイン領域Dの下側には、上層酸化膜26を有する選択トランジスタが接続され、その下にメモリセルトランジスタが位置する。ビット線方向に直列的に並んだ窒化膜24の間には、それぞれ、ソース/ドレイン領域SDが形成されている。また、図中における一番下側の窒化膜24の下側には、上層酸化膜26を有する選択トランジスタがあり、さらにその下側に共通のソース領域Sが形成されている。図2からわかるように、ワード線30下側におけるソース/ドレイン領域SDの間には、チャネル領域CHが形成される。
【0014】
このようなNAND型メモリセルトランジスタを有する不揮発性半導体記憶装置の回路図を、図3に示す。この図3からわかるように、NAND型メモリセルトランジスタは、メモリセルトランジスタがソース/ドレイン領域SDを共有する形で直列的に接続されている。また、これら直列的に接続されたメモリセルトランジスタの両端には、それぞれ1つの選択トランジスタが連続的に接続されている。
【0015】
次に、図4乃至図7及び図1に基づいて、本実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置の製造方法を説明する。
【0016】
まず、図4からわかるように、p型シリコン基板からなる半導体基板10の表面側に、熱酸化により酸化膜22Aを形成する。本実施形態においては、この酸化膜22Aは、100〜200オングストロームの厚さで形成する。続いて、この酸化膜22Aの上側に、レジストを塗布し、光リソグラフィーによりパターニングして、スリット状のレジスト開孔40aを有するレジスト40を形成する。次に、この半導体基板10にボロン等の不純物をイオン打ち込みにより打ち込むことにより、p型の素子分離領域12を形成する。つまり、レジスト開孔40aから不純物を打ち込むことにより、半導体基板10のチャネル領域CHにおける不純物濃度よりも濃い不純物濃度を有する、素子分離領域12を形成する。
【0017】
次に図5からわかるように、レジスト40を除去した後、酸化膜22Aをウエットエッチングで除去し、そして下層酸化膜23Aを例えば50〜80オングストロームの厚さで熱酸化し形成する。続いて、下層酸化膜23Aの上側にCVDにより窒化膜24Aを形成する。本実施形態においては、この窒化膜24Aは、80〜150オングストロームの厚さで堆積する。次に、この窒化膜24Aの上側に、レジストを塗布し、光リソグラフィーによりパターニングすることにより、メモリセルトランジスタ形成予定領域のみレジストが残る様なスリット状のレジスト開孔42aを有するレジスト42を形成する。続いて、RIEにより、下層酸化膜23Aと窒化膜24Aとをエッチングすることにより、下層酸化膜23Bと窒化膜24Bとを形成する。すなわち、下層酸化膜23Aと窒化膜24Aのうちのメモリセルトランジスタ形成予定領域以外の部分を除去して、下層酸化膜23Bと窒化膜24Bとを形成する。
【0018】
次に図6からわかるように、レジスト42を除去した後、これを熱酸化することにより、この表面に、上層酸化膜26Aを形成する。この熱酸化においては、窒化膜24B上の上層酸化膜26Aの方が、半導体基板10上の上層酸化膜26Aよりも、薄い膜厚で形成される。また、図7からわかるように、選択トランジスタ形成予定領域も同様に半導体基板10の表面が露出しているため、選択トランジスタ用の酸化膜26Aも厚く形成される。続いて、図6からわかるように、この上層酸化膜26Aの上側に、CVDによりポリシリコン30Aを形成する。次に、このポリシリコン30Aの上側にレジストを塗布し、光リソグラフィーによりパターニングすることにより、ワード線方向に連続的に延びるレジスト44を形成する。続いて、RIEをすることにより、上層酸化膜26Aと窒化膜24Bと下層酸化膜23Bとをエッチングする。すなわち、レジスト44をマスクとしてエッチングすることにより、これら上層酸化膜26Aと窒化膜24Bと下層酸化膜23Bとを、ビット線方向に分離する。これにより、メモリセルトランジスタ毎に分離された下層酸化膜23と窒化膜24とが、形成される。また、ワード線方向に連続的に延びる上層酸化膜26とワード線30とが、形成される。
【0019】
次に図1からわかるように、レジスト44を除去した後、ソース/ドレイン領域のみ開口されたレジストパターンを用いて、この半導体基板10にヒ素等の不純物をイオン打ち込みにより打ち込むことにより、n型のドレイン領域Dと、n型のソース/ドレイン領域SDと、n型のソース領域Sとを、形成する。続いて、この中間不揮発性半導体記憶装置上にCVDにより層間絶縁膜32を形成する。次に、この層間絶縁膜32におけるドレイン領域D上に、光リソグラフィーとRIEにより、コンタクトホール36を開孔する。続いて、この中間不揮発性半導体記憶装置上に、スパッタリングによりアルミニウム等からなる配線層を堆積し、光リソグラフィーとRIEによりこの配線層をエッチングすることにより、ビット線34を形成する。以上の工程により、図1に示す不揮発性半導体記憶装置が得られる。
【0020】
以上のように、第1実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置によれば、図1からわかるように、電荷蓄積層20における窒化膜24をメモリセルトランジスタ毎に分離したので、保持された電荷の移動を防止することができる。より詳しく説明すると、電荷は、下層酸化膜23と窒化膜24との間の界面近傍、つまり界面やその近傍に捕獲される。この捕獲された電荷は、経年変化や高温状態の使用により、この界面近傍に沿って移動し広がり得る。ところが、本実施形態の場合、メモリセルトランジスタ毎に窒化膜24が分断されているので、窒化膜24と下層酸化膜23との間の界面もメモリセルトランジスタ毎に分断されている。このため捕獲した電荷の移動を抑制し、データ保持性を向上させることができる。
【0021】
〔第2実施形態〕
第2実施形態は、本発明をグランドセルアレイ型の不揮発性半導体記憶装置に適用することにより、2種以上の絶縁膜の界面近傍に捕獲された電荷が広がることがないようにして、メモリセルトランジスタのしきい値の変動を抑制し、データ保持性を向上させたものである。以下、図面に基づいて本実施形態を詳細に説明する。
【0022】
まず、図8乃至図10に基づいて、第2実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置の構造を説明する。図8は第2実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置の層間絶縁膜を透過して示す平面図であり、図9は図8におけるIX−IX線断面図であり、図10は図8におけるX−X線断面図である。
【0023】
図9からわかるように、p型シリコンからなる半導体基板50の表面側には、n型のドレイン領域Dとn型のソース領域Sとが形成されている。図8からわかるように、これらドレイン領域Dとソース領域Sとは、ビット線方向に連続的に形成されている。図9からわかるように、この半導体基板50の上側には、電荷蓄積層60が形成されている。この電荷蓄積層60は、下層酸化膜63と窒化膜64と上層酸化膜66とを備えて構成されている。下層酸化膜63と窒化膜64とは、メモリセルトランジスタ毎に分離して形成されている。上層酸化膜66はワード線方向に並んだ窒化膜64を覆うように連続的に形成されている。この上層酸化膜66の上側には、ワード線方向に連続的にポリシリコンからなるワード線68が形成されている。このワード線68と上述した窒化膜64と下層酸化膜63とドレイン領域Dとソース領域Sとチャネル領域CHとで、1つのメモリセルトランジスタを構成している。ワード線68の上側には、この不揮発性半導体記憶装置を覆うように、層間絶縁膜70が形成されている。
【0024】
図8からわかるように、各メモリセルトランジスタの窒化膜64のビット線方向の間における半導体基板50には、フィールド反転防止用の素子分離領域72が形成されている。すなわち、図10からわかるように、各メモリセルトランジスタのビット線方向の間には、半導体基板50よりも濃い不純物濃度を有するp型の素子分離領域72が形成されている。つまり、チャネル領域CH(図9参照)よりも濃い不純物濃度を有する素子分離領域72が形成されている。図8からわかるように、ワード線68の一端部にはコンタクトホール74が形成されている。本実施形態においては、このコンタクトホール74は、ワード線68の1本毎に左右交互に形成されている。同様に、ドレイン領域Dとソース領域Sの一端部にもコンタクトホール75が形成されている。本実施形態においては、このコンタクトホール75は、ドレイン領域Dとソース領域Sとで上下交互に形成されている。これらコンタクトホール74、75を介して、ワード線68及びソース/ドレイン領域S、Dは、配線層と電気的に接続されている。なお、ワード線方向にも複数のメモリトランジスタが直列的に接続されて設けられているが、図8においては省略している。
【0025】
このようなグランドセルアレイ型の不揮発性半導体記憶装置の回路図を、図11に示す。この図11からわかるように、グランドセルアレイ型の不揮発性半導体記憶装置は、複数のメモリセルトランジスタが1本のソースSと1本のドレイン領域Dを共通使用する形で接続されている。
【0026】
次に図12乃至図14及び図8、図9に基づいて、第2実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置の製造方法を説明する。
【0027】
図12からわかるように、p型シリコン基板からなる半導体基板50の表面側に、熱酸化により酸化膜62Aを形成する。本実施形態においては、この酸化膜62Aは、100〜200オングストロームの厚さで形成する。続いて、この酸化膜62Aの上側に、レジストを塗布し、光リソグラフィーによりパターニングして、レジスト開孔80aを有するスリット状のレジスト80を形成する。次に、この半導体基板50にボロン等の不純物をイオン打ち込みにより打ち込むことにより、素子分離予定領域72Aを形成する。つまり、レジスト開孔80aから不純物を打ち込むことにより、半導体基板50の不純物濃度よりも濃い不純物濃度を有する、素子分離予定領域72Aを形成する。
【0028】
次に図13からわかるように、レジスト80を除去した後、酸化膜62Aをウエットエッチングで除去し、そして、下層酸化膜63Aを例えば50〜80オングストロームの厚さで熱酸化により形成する。続いて、この下層酸化膜63Aの上側にCVDにより窒化膜64Aを形成する。本実施形態においては、この窒化膜64Aは、80〜150オングストロームの厚さで堆積する。次に、この窒化膜64Aの上側に、レジストを塗布し、光リソグラフィーによりパターニングすることにより、レジスト開孔82aを有するレジスト82を形成する。このレジスト開孔82aは、レジスト82にスリット状に形成する。続いて、RIEにより、下層酸化膜63Aと窒化膜64Aとをエッチングすることにより、下層酸化膜63Bと窒化膜64Bとを形成する。すなわち、下層酸化膜63Aと窒化膜64Aとを、隣接するメモリセルトランジスタと分離するように、ワード線方向に分離する。次にこのスリット開孔82aから、ヒ素やリン等をイオン打ち込みで打ち込むことにより、n型のドレイン領域Dとソース領域Sとを形成する。この時、先に素子分離予定領域72Aに打ち込んだボロン等の濃度より、ドレイン領域D及びソース領域Sに打ち込んだヒ素やリン等の濃度の方が濃いため、ドレイン領域Dやソース領域Sが分断されることはない。これらドレイン領域Dやソース領域Sが形成されていない残余の素子分離予定領域72Aにより、素子分離領域72(図8参照)が形成される。
【0029】
次に図14からわかるように、レジスト82を除去した後、これを熱酸化することにより、この表面に、上層酸化膜66Aを形成する。この熱酸化においては、窒化膜64B上の上層酸化膜66Aの方が、半導体基板50上の上層酸化膜66Aよりも、薄い膜厚で形成される。続いて、この上層酸化膜66Aの上側に、CVDによりポリシリコン68Aを形成する。次に、このポリシリコン68Aの上側にレジストを塗布し、光リソグラフィーによりパターニングすることにより、スリット84aを備えてワード線方向に連続的に延びるレジスト84を形成する。続いて、RIEにより、上層酸化膜66Aと窒化膜64Bと下層酸化膜63Bとをエッチングする。すなわち、レジスト84をマスクとしてエッチングすることにより、これら上層酸化膜66Aと窒化膜64Bと下層酸化膜63Bとを、ビット線方向に分離する。これにより、メモリセルトランジスタ毎に分離された下層酸化膜63と窒化膜64とが、形成される。また、ワード線方向に連続的に延びる上層酸化膜66とワード線68とが、形成される。
【0030】
次に図8及び図9からわかるように、レジスト84を除去した後、この上にCVDにより層間絶縁膜70を形成する。次に、特に図8からわかるように、ワード線68の一端部上に位置する層間絶縁膜70に、光リソグラフィーとRIEにより、コンタクトホール74、75を開孔する。続いて、この上に、スパッタリングによりアルミニウム等からなる配線層を堆積し、光リソグラフィーとRIEによりこの配線層をエッチングすることにより、ワード線の配線と、ソース線及びビット線(いずれも図示省略)を形成する。以上の工程により、図8及び図9に示す不揮発性半導体記憶装置が得られる。
【0031】
以上のように、第2実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置によれば、グランドセルアレイ型の不揮発性半導体記憶装置において、異種絶縁膜の界面近傍に電荷を蓄積するようにしたので、この不揮発性半導体記憶装置の微細化を図ることができる。より詳しくは、従来のポリシリコン等の導通部材を用いてフローティングゲートを構成するタイプの不揮発性半導体記憶装置においては、フローティングゲートとチャネル領域との間の容量C1と、コントロールゲートとフローティングゲートの間の容量C2とが生じて、容量カップリングが発生する。この容量カップリングが生じてもフローティングゲートに十分な電圧を印加するためには、容量C2を容量C1よりもある程度大きくする必要がある。このためには、フローティングゲートを大きく形成して、フローティングゲートとコントロールゲートとの間に生じる容量C2を大きくしてやる必要があり、メモリセルトランジスタ間の距離を狭める障害になっている。つまり、このようにフローティングゲートを大きくする必要のあることが、従来の不揮発性半導体記憶装置の微細化の妨げになっていた。これに対して、本実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置においては、電荷蓄積層60として、下層酸化膜62と窒化膜64との間の界面を用いることとしたので、積層膜の各々の膜厚で書き込み消去電圧を抑制でき、メモリセルトランジスタ間の距離を狭めることができる。つまり、不揮発性半導体記憶装置の微細化を図ることができる。
【0032】
さらに図9からわかるように、電荷蓄積層60における窒化膜64をメモリセルトランジスタ毎に分離したので、窒化膜64と下層酸化膜63との間の界面近傍に保持された電荷の移動を防止することができる。これにより、経年変化や高温状態の使用に対する、データ保持性を向上させることができる。
【0033】
なお、本発明は上記実施形態に限定されず、種々に変形可能である。例えば、電荷蓄積層20、60を、下層酸化膜23、63と窒化膜24、64との2層構造のものとして、構成することも可能である。但し、本実施形態のように3層構造とすれば、下層酸化膜23、63と窒化膜24、64の界面近傍に捕獲され損なった電荷を、その上側の窒化膜24、64と上層酸化膜26、66の界面近傍で捕獲することができる。
【0034】
また、第1実施形態の図5において、さらに窒化膜24A上に上層酸化膜26Aを堆積した後に、レジスト42を塗布してもよい。同様に、第2実施形態の図13において、さらに窒化膜64A上に上層酸化膜66Aを堆積した後に、レジスト82を塗布してもよい。但し、これら第1及び第2実施形態のいずれの場合でも、ワード線30、68を形成するためのポリシリコンを堆積する前に、別途その表面に酸化膜を形成する必要がある。
【0035】
さらに、上記実施形態においては、2種以上の絶縁膜として、酸化膜と窒化膜を用いたが、これに限定されるものではなく、例えば、酸化膜と不純物のドーピングされていないポリシリコンとの組み合わせでもよい。
【0036】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の不揮発性半導体記憶装置によれば、電荷蓄積層は2種以上の絶縁膜を積層して、この2種以上の絶縁膜の界面近傍に電荷を蓄え得るようにするとともに、これらの2種以上の絶縁膜のうちの少なくとも1つの絶縁膜をメモリセルトランジスタ毎に分離して形成することにより、絶縁膜の界面が隣接する他のメモリセルトランジスタと分離されるようにしたので、この絶縁膜の界面近傍に蓄えられた電荷が他のメモリセルトランジスタの範囲まで広がるのを抑制して、データ保持特性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置の平面図と断面図。
【図2】本発明の第1実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置の斜視図。
【図3】NAND型メモリセルトランジスタを有する不揮発性半導体記憶装置の回路図。
【図4】本発明の第1実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置の製造過程の一部を示す図。
【図5】本発明の第1実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置の製造過程の一部を示す図。
【図6】本発明の第1実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置の製造過程の一部を示す図。
【図7】図6におけるVII−VII線断面図。
【図8】本発明の第2実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置の平面図。
【図9】図8に示す不揮発性半導体記憶装置のIX−IX線断面図。
【図10】図8に示す不揮発性半導体記憶装置のX−X線断面図。
【図11】グランドセルアレイ型の不揮発性半導体記憶装置の回路図。
【図12】本発明の第2実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置の製造過程の一部を示す図。
【図13】本発明の第2実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置の製造過程の一部を示す図。
【図14】本発明の第2実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置の製造過程の一部を示す図。
【図15】従来の不揮発性半導体記憶装置の斜視図。
【図16】従来の不揮発性半導体記憶装置の平面図と断面図。
【符号の説明】
10 半導体基板
12 素子分離領域
20 電荷蓄積層
22 酸化膜
23 下層酸化膜
24 窒化膜
26 上層酸化膜
30 ワード線
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a nonvolatile semiconductor memory device in which data can be electrically written / erased, and in particular, two or more insulating films are used as a charge storage layer, and the vicinity of the interface between these two or more insulating films. That is, the present invention relates to a nonvolatile semiconductor memory device that accumulates electric charges at or near the interface.
[0002]
[Prior art]
15 and 16 show a conventional nonvolatile semiconductor memory device having a NAND structure. Of these figures, FIG. 15 is a three-dimensional perspective view of the word line portion formed on the semiconductor substrate with the interlayer insulating film removed. FIG. 16A is a plan view of the nonvolatile semiconductor memory device, and FIG. 16B is a cross-sectional view thereof.
[0003]
As can be seen from FIG. 15, a plurality of lower oxide films 102 are continuously formed in the word line direction on the surface of the semiconductor substrate 100 of the nonvolatile semiconductor memory device. Similarly, a nitride film 104 is continuously formed on the lower oxide film 102 in the word line direction. Similarly, an upper oxide film 106 is continuously formed on the nitride film 104 in the word line direction. The lower oxide film 102, the nitride film 104, and the upper oxide film 106 described above constitute the charge storage layer 107. On the surface of the upper oxide film 106, word lines 108 are continuously formed in the word line direction. This word line is made of polysilicon doped with impurities.
[0004]
As can be seen from FIG. 16B, a bit line 110 is formed above the word line 108 in the bit line direction via an interlayer insulating film 109. As can be seen from FIG. 16A, a contact hole 112 is provided on the upper side of the bit line 110 in the drawing, and is electrically connected to the drain region D formed on the surface side of the semiconductor substrate 100. A source / drain region SD is formed between the word lines 108 on the surface side of the semiconductor substrate 100. As can be seen from FIG. 15, a channel region CH is formed on the surface side of the semiconductor substrate 100 below the word line 108. As can be seen from the portion surrounded by the alternate long and short dash line in FIG. 16, one word line 108 and two source / drain regions SD positioned above and below in the drawing constitute a 1-bit memory cell transistor. In the lower side of the lower memory cell transistor in the figure, the source region S is formed continuously in the word line direction.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
As can be seen from FIG. 16B, conventionally, the nitride film 104 of the charge storage layer 107 is continuously provided in the word line direction. That is, in the nonvolatile semiconductor memory device in which charges are accumulated near the interface between two or more different types of insulating films, the interfaces between the insulating films are continuous in the word line direction. This is because, in the prior art, since the charge storage layer 107 is formed of an insulating film, it is considered that charges held near the interface do not move.
[0006]
However, it has been found that the charge held near the interface between the lower oxide film 102 and the nitride film 104 may move and spread due to aging or use in a high temperature state. That is, since the nitride film 104 which is an insulating film is not separated for each memory cell transistor, the retained charge can move in the vicinity of this interface. When the charge held in the vicinity of the interface moves in this way, the threshold value of the memory transistor fluctuates, the data retention characteristics in the nonvolatile semiconductor memory device deteriorate, and a problem arises in reliability.
[0007]
Accordingly, the present invention has been made in view of the above problems, and a nonvolatile semiconductor with improved data retention characteristics and reliability by preventing retained charges from moving near the interface between two or more insulating films. An object is to provide a storage device. Specifically, among the two or more types of insulating films, the nitride film is divided for each memory cell transistor, thereby dividing the interface for holding charges in the word line direction so that the movement of the held charges does not occur. An object is to provide a nonvolatile semiconductor memory device.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The nonvolatile semiconductor memory device according to the present invention is
A non-volatile semiconductor memory device having a plurality of memory cell transistors arranged in a matrix in a row direction and a column direction,
Each of the memory cell transistors is
A charge storage layer formed by stacking two or more insulating films on a semiconductor substrate so as to be able to store electric charges in the vicinity of an interface between the two or more insulating films, wherein the two or more insulating films Out of part By separating the insulating film for each memory cell transistor, the interface between the two or more insulating films is separated for each memory cell transistor. However, the remaining insulating film of the part of the insulating film is not separated, A charge storage layer;
A word line formed on the charge storage layer for applying a voltage to the charge storage layer;
Source / drain regions formed on the semiconductor substrate surface side located on both sides of the charge storage layer,
The plurality of memory cell transistors arranged in the column direction are connected in series in the column direction so as to share the source / drain regions, and both ends of the plurality of memory cell transistors connected in series are connected to each other. Select transistors are connected continuously, and for each column, a NAND memory cell is configured,
Each of the word lines is formed continuously in the row direction so as to be commonly connected to the respective charge storage layers of the plurality of memory cell transistors arranged in the row direction.
It is characterized by that.
[0010]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
[First Embodiment]
The first embodiment of the present invention is a nonvolatile semiconductor memory device having a NAND memory cell transistor in which two or more insulating films are stacked and used as a charge storage layer, and at least one of the interfaces of the two or more insulating films. The memory cell transistor is separated for each memory cell transistor so that the trapped charges are not moved and spread in the vicinity of the interface, thereby suppressing fluctuations in the threshold value of the memory cell transistor and improving data retention. It is an improvement. Hereinafter, the present embodiment will be described in detail based on the drawings.
[0011]
First, the structure of the nonvolatile semiconductor memory device according to this embodiment will be described with reference to FIGS. FIG. 1A is a plan view showing through an interlayer insulating film of a nonvolatile semiconductor memory device, and FIG. 1B is a cross-sectional view taken along line (b)-(b) in FIG. FIG. 2 is a perspective view showing the word line portion of the nonvolatile semiconductor memory device in three dimensions by removing the interlayer insulating film.
[0012]
As can be seen from FIG. 1B, an element isolation region 12 having an impurity concentration higher than that of the semiconductor substrate 10 is formed on the surface side of the semiconductor substrate 10 made of a p-type silicon substrate. The element isolation region 12 is continuously formed in the bit line direction (column direction), and prevents field inversion between the memory cell transistors arranged in the word line direction (row direction). A charge storage layer 20 is formed on the semiconductor substrate 10. The charge storage layer 20 includes a lower oxide film 23 formed in an island shape for each memory cell transistor, and a nitride film 24 formed in an island shape for each memory cell transistor thereon. It is equipped with. That is, as can be seen from FIG. 1A, the nitride film 24 is also divided in the word line direction and formed for each memory cell transistor. Further, as can be seen from FIG. 1B, the charge storage layer 20 includes an upper oxide film 26 continuously formed in the word line direction so as to cover the lower oxide film 23 and the nitride film 24. Yes. That is, the charge storage layer 20 is composed of three insulating films composed of the lower oxide film 23, the nitride film 24, and the upper oxide film 26.
[0013]
Similarly, as can be seen from FIG. 1B, word lines 30 made of polysilicon or the like are continuously formed in the word line direction above the charge storage layer 20. That is, as can be seen from FIG. 1A, the word line 30 is formed so as to cover the plurality of nitride films 24 arranged in the word line direction. As can be seen from FIG. 1B again, an interlayer insulating film 32 is formed on the upper side of the word line 30 so as to cover the surface of the nonvolatile semiconductor memory device. A bit line 34 is formed on the interlayer insulating film 32. As can be seen from FIG. 1A, the bit line 34 is continuously formed in the bit line direction. A contact hole 36 is provided on the upper side of the bit line 34 in the drawing, and the bit line 34 is connected to the drain region D formed on the surface side of the semiconductor substrate 10 through the contact hole 36. . A selection transistor having an upper oxide film 26 is connected to the lower side of the drain region D, and a memory cell transistor is positioned below the selection transistor. Source / drain regions SD are formed between the nitride films 24 arranged in series in the bit line direction. Further, a selection transistor having an upper oxide film 26 is provided below the lowermost nitride film 24 in the drawing, and a common source region S is formed below the selection transistor. As can be seen from FIG. 2, a channel region CH is formed between the source / drain regions SD below the word line 30.
[0014]
A circuit diagram of a nonvolatile semiconductor memory device having such a NAND memory cell transistor is shown in FIG. As can be seen from FIG. 3, the NAND type memory cell transistors are connected in series so that the memory cell transistors share the source / drain region SD. Further, one select transistor is continuously connected to both ends of the memory cell transistors connected in series.
[0015]
Next, a method for manufacturing the nonvolatile semiconductor memory device according to this embodiment will be described with reference to FIGS. 4 to 7 and FIG.
[0016]
First, as can be seen from FIG. 4, an oxide film 22A is formed on the surface side of the semiconductor substrate 10 made of a p-type silicon substrate by thermal oxidation. In this embodiment, the oxide film 22A is formed with a thickness of 100 to 200 angstroms. Subsequently, a resist is applied on the upper side of the oxide film 22A and patterned by photolithography to form a resist 40 having slit-like resist openings 40a. Next, an impurity such as boron is implanted into the semiconductor substrate 10 by ion implantation to form a p-type element isolation region 12. That is, by implanting an impurity from the resist opening 40a, the element isolation region 12 having an impurity concentration higher than the impurity concentration in the channel region CH of the semiconductor substrate 10 is formed.
[0017]
Next, as can be seen from FIG. 5, after the resist 40 is removed, the oxide film 22A is removed by wet etching, and the lower oxide film 23A is formed by thermal oxidation to a thickness of, for example, 50 to 80 angstroms. Subsequently, a nitride film 24A is formed on the upper side of the lower oxide film 23A by CVD. In this embodiment, the nitride film 24A is deposited with a thickness of 80 to 150 angstroms. Next, a resist is coated on the upper side of the nitride film 24A and patterned by photolithography, thereby forming a resist 42 having a slit-like resist opening 42a so that the resist remains only in a region where a memory cell transistor is to be formed. . Subsequently, the lower oxide film 23A and the nitride film 24A are etched by RIE to form the lower oxide film 23B and the nitride film 24B. That is, portions of the lower oxide film 23A and the nitride film 24A other than the memory cell transistor formation region are removed, and the lower oxide film 23B and the nitride film 24B are formed.
[0018]
Next, as can be seen from FIG. 6, after removing the resist 42, this is thermally oxidized to form an upper oxide film 26A on this surface. In this thermal oxidation, the upper oxide film 26A on the nitride film 24B is formed to be thinner than the upper oxide film 26A on the semiconductor substrate 10. Further, as can be seen from FIG. 7, since the surface of the semiconductor substrate 10 is also exposed in the select transistor formation scheduled region, the oxide film 26A for the select transistor is also formed thick. Subsequently, as can be seen from FIG. 6, a polysilicon 30A is formed on the upper side of the upper oxide film 26A by CVD. Next, a resist is applied to the upper side of the polysilicon 30A and patterned by photolithography to form a resist 44 that continuously extends in the word line direction. Subsequently, by performing RIE, the upper oxide film 26A, the nitride film 24B, and the lower oxide film 23B are etched. That is, by etching using the resist 44 as a mask, the upper oxide film 26A, the nitride film 24B, and the lower oxide film 23B are separated in the bit line direction. Thereby, the lower oxide film 23 and the nitride film 24 separated for each memory cell transistor are formed. Further, the upper oxide film 26 and the word line 30 that continuously extend in the word line direction are formed.
[0019]
Next, as can be seen from FIG. 1, after removing the resist 44, an impurity such as arsenic is implanted into the semiconductor substrate 10 by ion implantation using a resist pattern having openings only in the source / drain regions. A drain region D, an n-type source / drain region SD, and an n-type source region S are formed. Subsequently, an interlayer insulating film 32 is formed on the intermediate nonvolatile semiconductor memory device by CVD. Next, a contact hole 36 is opened on the drain region D in the interlayer insulating film 32 by photolithography and RIE. Subsequently, a wiring layer made of aluminum or the like is deposited on the intermediate nonvolatile semiconductor memory device by sputtering, and the bit line 34 is formed by etching the wiring layer by photolithography and RIE. Through the above process, the nonvolatile semiconductor memory device shown in FIG. 1 is obtained.
[0020]
As described above, according to the nonvolatile semiconductor memory device according to the first embodiment, as can be seen from FIG. 1, the nitride film 24 in the charge storage layer 20 is separated for each memory cell transistor. The movement can be prevented. More specifically, electric charges are trapped in the vicinity of the interface between the lower oxide film 23 and the nitride film 24, that is, in the interface or in the vicinity thereof. The trapped charges can move and spread along the vicinity of the interface due to aging and use of high temperature conditions. However, in the present embodiment, since the nitride film 24 is divided for each memory cell transistor, the interface between the nitride film 24 and the lower oxide film 23 is also divided for each memory cell transistor. For this reason, the movement of the trapped charge can be suppressed and data retention can be improved.
[0021]
[Second Embodiment]
In the second embodiment, by applying the present invention to a ground cell array type nonvolatile semiconductor memory device, the trapped electric charges do not spread near the interface between two or more insulating films, so that the memory cell transistor The data retention is improved by suppressing the fluctuation of the threshold value. Hereinafter, the present embodiment will be described in detail based on the drawings.
[0022]
First, the structure of the nonvolatile semiconductor memory device according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. 8 is a plan view showing through the interlayer insulating film of the nonvolatile semiconductor memory device according to the second embodiment, FIG. 9 is a cross-sectional view taken along the line IX-IX in FIG. 8, and FIG. FIG.
[0023]
As can be seen from FIG. 9, an n-type drain region D and an n-type source region S are formed on the surface side of the semiconductor substrate 50 made of p-type silicon. As can be seen from FIG. 8, the drain region D and the source region S are continuously formed in the bit line direction. As can be seen from FIG. 9, a charge storage layer 60 is formed on the upper side of the semiconductor substrate 50. The charge storage layer 60 includes a lower oxide film 63, a nitride film 64, and an upper oxide film 66. The lower oxide film 63 and the nitride film 64 are formed separately for each memory cell transistor. The upper oxide film 66 is continuously formed so as to cover the nitride films 64 arranged in the word line direction. A word line 68 made of polysilicon is formed on the upper oxide film 66 continuously in the word line direction. The word line 68, the nitride film 64, the lower oxide film 63, the drain region D, the source region S, and the channel region CH constitute one memory cell transistor. On the upper side of the word line 68, an interlayer insulating film 70 is formed so as to cover the nonvolatile semiconductor memory device.
[0024]
As can be seen from FIG. 8, an element isolation region 72 for preventing field inversion is formed in the semiconductor substrate 50 between the nitride film 64 of each memory cell transistor in the bit line direction. That is, as can be seen from FIG. 10, a p-type element isolation region 72 having an impurity concentration higher than that of the semiconductor substrate 50 is formed between the bit line directions of the memory cell transistors. That is, the element isolation region 72 having an impurity concentration higher than that of the channel region CH (see FIG. 9) is formed. As can be seen from FIG. 8, a contact hole 74 is formed at one end of the word line 68. In the present embodiment, the contact holes 74 are alternately formed on the left and right sides for each word line 68. Similarly, a contact hole 75 is also formed at one end of the drain region D and the source region S. In the present embodiment, the contact holes 75 are alternately formed in the top and bottom in the drain region D and the source region S. Through these contact holes 74 and 75, the word line 68 and the source / drain regions S and D are electrically connected to the wiring layer. A plurality of memory transistors are also connected in series in the word line direction, but are not shown in FIG.
[0025]
A circuit diagram of such a ground cell array type nonvolatile semiconductor memory device is shown in FIG. As can be seen from FIG. 11, in the ground cell array type nonvolatile semiconductor memory device, a plurality of memory cell transistors are connected so as to commonly use one source S and one drain region D.
[0026]
Next, a method for manufacturing the nonvolatile semiconductor memory device according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. 12 to 14, 8, and 9.
[0027]
As can be seen from FIG. 12, an oxide film 62A is formed on the surface side of the semiconductor substrate 50 made of a p-type silicon substrate by thermal oxidation. In the present embodiment, the oxide film 62A is formed with a thickness of 100 to 200 angstroms. Subsequently, a resist is applied on the upper side of the oxide film 62A and patterned by photolithography to form a slit-like resist 80 having a resist opening 80a. Next, an impurity isolation region 72A is formed by implanting impurities such as boron into the semiconductor substrate 50 by ion implantation. That is, by implanting impurities from the resist opening 80a, an element isolation scheduled region 72A having an impurity concentration higher than that of the semiconductor substrate 50 is formed.
[0028]
Next, as can be seen from FIG. 13, after removing the resist 80, the oxide film 62A is removed by wet etching, and a lower oxide film 63A is formed by thermal oxidation to a thickness of, for example, 50 to 80 angstroms. Subsequently, a nitride film 64A is formed above the lower oxide film 63A by CVD. In the present embodiment, the nitride film 64A is deposited with a thickness of 80 to 150 Å. Next, a resist is applied on the upper side of the nitride film 64A and patterned by photolithography to form a resist 82 having a resist opening 82a. The resist opening 82a is formed in the resist 82 in a slit shape. Subsequently, the lower oxide film 63A and the nitride film 64A are etched by RIE, thereby forming the lower oxide film 63B and the nitride film 64B. That is, lower oxide film 63A and nitride film 64A are separated in the word line direction so as to be separated from adjacent memory cell transistors. Next, n-type drain region D and source region S are formed by implanting ions of arsenic, phosphorus, or the like from this slit opening 82a. At this time, since the concentration of arsenic, phosphorus or the like implanted into the drain region D and the source region S is higher than the concentration of boron or the like previously implanted into the element isolation planned region 72A, the drain region D and the source region S are divided. It will never be done. An element isolation region 72 (see FIG. 8) is formed by the remaining element isolation scheduled region 72A in which the drain region D and the source region S are not formed.
[0029]
Next, as can be seen from FIG. 14, after removing the resist 82, it is thermally oxidized to form an upper oxide film 66A on this surface. In this thermal oxidation, the upper oxide film 66A on the nitride film 64B is formed to be thinner than the upper oxide film 66A on the semiconductor substrate 50. Subsequently, a polysilicon 68A is formed on the upper side of the upper oxide film 66A by CVD. Next, a resist is applied to the upper side of the polysilicon 68A and patterned by photolithography to form a resist 84 having slits 84a and continuously extending in the word line direction. Subsequently, the upper oxide film 66A, the nitride film 64B, and the lower oxide film 63B are etched by RIE. That is, the upper oxide film 66A, the nitride film 64B, and the lower oxide film 63B are separated in the bit line direction by etching using the resist 84 as a mask. As a result, a lower oxide film 63 and a nitride film 64 separated for each memory cell transistor are formed. In addition, an upper oxide film 66 and a word line 68 that continuously extend in the word line direction are formed.
[0030]
Next, as can be seen from FIGS. 8 and 9, after removing the resist 84, an interlayer insulating film 70 is formed thereon by CVD. Next, as can be seen from FIG. 8 in particular, contact holes 74 and 75 are formed in the interlayer insulating film 70 located on one end of the word line 68 by photolithography and RIE. Subsequently, a wiring layer made of aluminum or the like is deposited thereon by sputtering, and this wiring layer is etched by photolithography and RIE, whereby the word line wiring, the source line, and the bit line (all not shown). Form. Through the above steps, the nonvolatile semiconductor memory device shown in FIGS. 8 and 9 is obtained.
[0031]
As described above, according to the nonvolatile semiconductor memory device according to the second embodiment, in the ground cell array type nonvolatile semiconductor memory device, charges are accumulated near the interface between the different types of insulating films. A semiconductor memory device can be miniaturized. More specifically, in a conventional nonvolatile semiconductor memory device in which a floating gate is formed using a conductive member such as polysilicon, a capacitor C1 between the floating gate and the channel region, and between the control gate and the floating gate. Capacitance C2 occurs, and capacitive coupling occurs. In order to apply a sufficient voltage to the floating gate even if this capacitive coupling occurs, it is necessary to make the capacitance C2 larger than the capacitance C1 to some extent. For this purpose, it is necessary to form a large floating gate and increase the capacitance C2 generated between the floating gate and the control gate, which is an obstacle to reducing the distance between the memory cell transistors. In other words, the necessity of increasing the floating gate in this way has hindered miniaturization of the conventional nonvolatile semiconductor memory device. On the other hand, in the nonvolatile semiconductor memory device according to this embodiment, since the interface between the lower oxide film 62 and the nitride film 64 is used as the charge storage layer 60, each film of the stacked film The write / erase voltage can be suppressed by the thickness, and the distance between the memory cell transistors can be reduced. That is, the nonvolatile semiconductor memory device can be miniaturized.
[0032]
Further, as can be seen from FIG. 9, since the nitride film 64 in the charge storage layer 60 is separated for each memory cell transistor, the movement of charges held near the interface between the nitride film 64 and the lower oxide film 63 is prevented. be able to. Thereby, the data retention property with respect to aging and use in a high temperature state can be improved.
[0033]
In addition, this invention is not limited to the said embodiment, A various deformation | transformation is possible. For example, the charge storage layers 20 and 60 can be configured as a two-layer structure of the lower oxide films 23 and 63 and the nitride films 24 and 64. However, if the three-layer structure is used as in the present embodiment, the charges lost in the vicinity of the interface between the lower oxide films 23 and 63 and the nitride films 24 and 64 are transferred to the upper nitride films 24 and 64 and the upper oxide film. 26 and 66 can be captured in the vicinity of the interface.
[0034]
In FIG. 5 of the first embodiment, a resist 42 may be applied after an upper oxide film 26A is further deposited on the nitride film 24A. Similarly, in FIG. 13 of the second embodiment, a resist 82 may be applied after further depositing an upper oxide film 66A on the nitride film 64A. However, in both cases of the first and second embodiments, it is necessary to separately form an oxide film on the surface before depositing polysilicon for forming the word lines 30 and 68.
[0035]
Furthermore, in the above embodiment, the oxide film and the nitride film are used as the two or more types of insulating films, but the present invention is not limited to this. For example, the oxide film and polysilicon not doped with impurities are used. A combination may be used.
[0036]
【The invention's effect】
As described above, according to the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention, the charge storage layer is formed by stacking two or more types of insulating films so that charges can be stored near the interface between the two or more types of insulating films. In addition, by forming at least one of these two or more types of insulating films separately for each memory cell transistor, the interface of the insulating film is separated from other adjacent memory cell transistors. Therefore, the data stored in the vicinity of the interface of the insulating film can be prevented from spreading to the range of other memory cell transistors, and data retention characteristics can be improved.
[Brief description of the drawings]
1A and 1B are a plan view and a cross-sectional view of a nonvolatile semiconductor memory device according to a first embodiment of the invention.
FIG. 2 is a perspective view of the nonvolatile semiconductor memory device according to the first embodiment of the invention.
FIG. 3 is a circuit diagram of a nonvolatile semiconductor memory device having NAND type memory cell transistors.
FIG. 4 is a view showing a part of the manufacturing process of the nonvolatile semiconductor memory device according to the first embodiment of the invention.
FIG. 5 is a view showing a part of the manufacturing process of the nonvolatile semiconductor memory device according to the first embodiment of the invention.
FIG. 6 is a view showing a part of the manufacturing process of the nonvolatile semiconductor memory device according to the first embodiment of the invention.
7 is a sectional view taken along line VII-VII in FIG.
FIG. 8 is a plan view of a nonvolatile semiconductor memory device according to a second embodiment of the invention.
9 is a cross-sectional view taken along the line IX-IX of the nonvolatile semiconductor memory device shown in FIG.
10 is a cross-sectional view taken along line XX of the nonvolatile semiconductor memory device shown in FIG.
FIG. 11 is a circuit diagram of a ground cell array type nonvolatile semiconductor memory device.
FIG. 12 is a view showing a part of the manufacturing process of the nonvolatile semiconductor memory device according to the second embodiment of the invention.
FIG. 13 is a view showing a part of the manufacturing process of the nonvolatile semiconductor memory device according to the second embodiment of the invention.
FIG. 14 is a view showing a part of the manufacturing process of the nonvolatile semiconductor memory device according to the second embodiment of the invention.
FIG. 15 is a perspective view of a conventional nonvolatile semiconductor memory device.
16A and 16B are a plan view and a cross-sectional view of a conventional nonvolatile semiconductor memory device.
[Explanation of symbols]
10 Semiconductor substrate
12 Device isolation region
20 Charge storage layer
22 Oxide film
23 Lower oxide film
24 Nitride film
26 Upper layer oxide film
30 word lines

Claims (4)

行方向及び列方向にマトリックス状に配置された複数のメモリセルトランジスタを有する不揮発性半導体記憶装置であって、
前記各メモリセルトランジスタは、
半導体基板上に2種以上の絶縁膜を積層することにより、前記2種以上の絶縁膜の界面近傍に電荷を蓄え得るように形成された電荷蓄積層であって、前記2種以上の絶縁膜のうちの一部の絶縁膜を前記メモリセルトランジスタ毎に分離することにより、前記2種以上の絶縁膜の界面が前記メモリセルトランジスタ毎に分離されているが、前記一部の絶縁膜の残りの絶縁膜は分離されていない、電荷蓄積層と、
前記電荷蓄積層上に形成され、前記電荷蓄積層に電圧を印加するための、ワード線と、
前記電荷蓄積層の両側に位置する半導体基板表面側に形成されたソース/ドレイン領域とを備え、
列方向に配置された前記複数のメモリセルトランジスタにおいては、前記各ソース/ドレイン領域を共有する形で列方向に直列的に接続され、前記直列的に接続された複数のメモリセルトランジスタの両端を選択トランジスタが連続的に接続されており、各列毎に、NAND型メモリセルを構成し、
前記各ワード線は行方向に並ぶ前記複数のメモリセルトランジスタの電荷蓄積層上を各行毎に共通接続するように、行方向に連続的に形成されている、
ことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
A non-volatile semiconductor memory device having a plurality of memory cell transistors arranged in a matrix in a row direction and a column direction,
Each of the memory cell transistors is
A charge storage layer formed by stacking two or more insulating films on a semiconductor substrate so as to be able to store electric charges in the vicinity of an interface between the two or more insulating films, wherein the two or more insulating films by separating a part of the insulating film of each said memory cell transistor, although the interface of the two or more insulating films are separated for each of the memory cell transistor, the remaining portion of the insulating film The charge storage layer is not separated , and
A word line formed on the charge storage layer for applying a voltage to the charge storage layer;
Source / drain regions formed on the semiconductor substrate surface side located on both sides of the charge storage layer,
The plurality of memory cell transistors arranged in the column direction are connected in series in the column direction so as to share the source / drain regions, and both ends of the plurality of memory cell transistors connected in series are connected to each other. Select transistors are connected continuously, and for each column, a NAND memory cell is configured,
Each of the word lines is formed continuously in the row direction so as to be commonly connected to the respective charge storage layers of the plurality of memory cell transistors arranged in the row direction.
A non-volatile semiconductor memory device.
列方向に形成された複数の前記NAND型メモリセルのそれぞれの列の間における半導体基板表面側には、チャネル領域と同一導電型で、かつ、チャネル領域よりも濃い不純物濃度を有する、素子分離領域が列方向に形成されている、
ことを特徴とする請求項1に記載の不揮発性半導体記憶装置。
On the surface side of the semiconductor substrate between the columns of the plurality of NAND memory cells formed in the column direction, an element isolation region having the same conductivity type as the channel region and having an impurity concentration higher than that of the channel region Are formed in the column direction,
The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1.
前記電荷蓄積層は、前記2種以上の絶縁膜の積層として、
半導体基板上に形成され、かつ、メモリセルトランジスタ毎に分離して形成された、下層酸化膜と、
前記下層酸化膜上に形成され、かつ、メモリセルトランジスタ毎に分離して形成された、窒化膜と、
を少なくとも備えていることを特徴とする請求項2に記載の不揮発性半導体記憶装置。
The charge storage layer is a stack of the two or more insulating films,
A lower oxide film formed on a semiconductor substrate and formed separately for each memory cell transistor;
A nitride film formed on the lower oxide film and formed separately for each memory cell transistor; and
The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 2, further comprising:
前記電荷蓄積層は、前記2種以上の絶縁膜の積層として、さらに、
前記窒化膜上に形成された、上層酸化膜を、
備えていることを特徴とする請求項3に記載の不揮発性半導体記憶装置。
The charge storage layer is a laminate of the two or more insulating films,
An upper oxide film formed on the nitride film,
The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 3, wherein the nonvolatile semiconductor memory device is provided.
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