JP3963677B2 - Manufacturing method of semiconductor memory device - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体記憶装置及びその製造方法に関し、より詳細には、電荷蓄積層と制御ゲートを有するメモリトランジスタを備える半導体記憶装置及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
EEPROMのメモリセルとして、ゲート部に電荷蓄積層と制御ゲートを有し、トンネル電流を利用して電荷蓄積層への電荷の注入、電荷蓄積層からの電荷の放出を行うMOSトランジスタ構造のデバイスが知られている。このメモリセルでは、電荷蓄積層の電荷蓄積状態の相違によるしきい値電圧の相違をデータ“0”、“1”として記憶する。例えば、電荷蓄積層として浮遊ゲートを用いたnチャネルのメモリセルの場合、浮遊ゲートに電子を注入するには、ソース、ドレイン拡散層と基板を接地して制御ゲートに正の高電圧を印加する。このとき基板側からトンネル電流によって浮遊ゲートに電子が注入される。この電子注入により、メモリセルのしきい値電圧は正方向に移動する。浮遊ゲートの電子を放出させるには、制御ゲートを接地してソース、ドレイン拡散層または基板のいずれかに正の高電圧を印加する。このとき浮遊ゲートからトンネル電流によって基板側の電子が放出される。この電子放出により、メモリセルのしきい値電圧は負方向に移動する。
【0003】
以上の動作において、電子注入と放出、すなわち書き込みと消去を効率よく行うためには、浮遊ゲートと制御ゲート及び浮遊ゲートと基板との間の容量結合の関係が重要である。すなわち浮遊ゲートと制御ゲート間の容量が大きいほど、制御ゲートの電位を効果的に浮遊ゲートに伝達することができ、書き込み、消去が容易になる。
しかし、近年の半導体技術の進歩、とくに微細加工技術の進歩により、EEPROMのメモリセルの小型化と大容量化が急速に進んでいる。したがってメモリセル面積が小さくて、しかも、浮遊ゲートと制御ゲート間の容量を如何に大きく確保するかが重要な問題となっている。
浮遊ゲートと制御ゲートとの間の容量を大きくするためには、これらの間のゲート絶縁膜を薄くするか、その誘電率を大きくするか、または浮遊ゲートと制御ゲートの対向面積を大きくすることが必要である。
【0004】
しかし、ゲート絶縁膜を薄くすることは、信頼性上限界がある。ゲート絶縁膜の誘電率を大きくすることは、例えば、シリコン酸化膜に代ってシリコン窒素膜等を用いることが考えられるが、これも主として信頼性上問題があって実用的でない。
したがって、十分な容量を確保するためには、浮遊ゲートと制御ゲートのオーバラップ面積を一定値以上確保することが必要となる。これは、メモリセルの面積を小さくしてEEPROMの大容量化を図る上で障害となる。
【0005】
これに対し、特許第2877462号公報に記載されるEEPROMは、半導体基板に格子縞状の溝により分離されてマトリクス配列された複数の柱状半導体層の側壁を利用してメモリ・トランジスタが構成される。すなわちメモリ・トランジスタは、各柱状半導体層の上面に形成されたドレイン拡散層、溝底部に形成された共通ソース拡散層及び各柱状半導体層の側壁部の周囲全体を取り囲む電荷蓄積層と制御ゲートをもって構成され、制御ゲートが一方向の複数の柱状半導体層について連続的に配設されて制御ゲート線となる。また、制御ゲート線と交差する方向の複数のメモリ・トランジスタのドレイン拡散層に接続されたビット線が設けられる、上述したメモリ・トランジスタの電荷蓄積層と制御ゲートが柱状半導体層の下部に形成される。また、1トランジスタ/1セル構成では、メモリ・トランジスタが過消去の状態、すなわち、読出し電位が0Vであってしきい値が負の状態になると、非選択でもセル電流が流れることになり、不都合である。これを確実に防止するために、メモリ・トランジスタに重ねて、柱状半導体層の上部にその周囲の少くとも一部を取り囲むようにゲート電極が形成された選択ゲート・トランジスタが設けられている。
【0006】
これにより、従来例であるEEPROMのメモリセルは、柱状半導体層の側壁を利用して、柱状半導体層を取り囲んで形成された電荷蓄積層及び制御ゲートを有するから、小さい占有面積で電荷蓄積層と制御ゲートの間の容量を十分大きく確保することができる。また各メモリセルのビット線に繋がるドレイン拡散層は、それぞれ柱状半導体層の上面に形成され、溝によって電気的に完全に分離されている。さらに素子分離領域が小さくでき、メモリセルサイズが小さくなる。したがって、優れた書き込み、消去効率をもつメモリセルを集積した大容量化EEPROMを得ることができる。
【0007】
図344では、柱状シリコン層2が円柱状である場合、すなわち上面が円形である場合を示している。この柱状シリコン層の外形は円柱状でなくてもよい。以下、従来例を図面を参照して説明する。
図344は、従来のEEPROMの平面図であり、図345は図344のA−A’、B−B’断面図である。なお、図344では、選択ゲート・トランジスタのゲート電極が連続して形成される選択ゲート線は、複雑になるので示していない。
【0008】
従来例では、p型シリコン基板1の上に格子縞状の溝3により分離された複数の柱状p型シリコン層2がマトリクス配列され、これら各柱状シリコン層2がそれぞれメモリセル領域となっている。各シリコン層2の上面にドレイン拡散層10が形成され、溝3の底部に共通ソース拡散層9が形成され、溝3の底部に所定厚みの酸化膜4が埋込み形成されている。また、柱状シリコン層2の周囲を取り囲むように、柱状シリコン層2の下部に、トンネル酸化膜5を介して浮遊ゲート6が形成され、さらにその外側に層間絶縁膜7を介して制御ゲート8が形成されて、メモリ・トランジスタが構成される。ここで、制御ゲート8は、図344及び図345(b)に示すように、一方向の複数のメモリセルについて連続的に配設されて、制御ゲート線すなわちワード線WL(WL1,WL2,…)となっている。そして柱状シリコン層2の上部には、メモリ・トランジスタと同様にその周囲を取り囲むように、ゲート酸化膜31を介してゲート電極32が配設されて選択ゲート・トランジスタが構成されている。このトランジスタのゲート電極32は、メモリセルの制御ゲート8と同様に、制御ゲート線と同じ方向には連続して配設されて選択ゲート線となる。
【0009】
このように、メモリ・トランジスタ及び選択ゲート・トランジスタが、溝の内部に重ねられた状態で埋込み形成される。制御ゲート線は、その一端部をシリコン層表面にコンタクト部14として残し、選択ゲート線も制御ゲートと逆の端部のシリコン層にコンタクト部15を残して、これらにそれぞれワード線WL及び制御ゲート線CGとなるAl配線13、16をコンタクトさせている。
溝3の底部には、メモリセルの共通ソース拡散層9が形成され、各柱状シリコン層2の上面には各メモリセル毎のドレイン拡散層10が形成されている。このように形成されたメモリセルの基板上はCVD酸化膜11により覆われ、これにコンタクト孔が開けられて、ワード線WLと交差する方向のメモリセルのドレイン拡散層10を共通接続するビット線BL(BL1,BL2,…)となるAl配線12が配設されている。制御ゲート線のパターニングの際に、セルアレイの端部の柱状シリコン層位置にPEPによるマスクを形成しておいてその表面に制御ゲート線と連続する多結晶シリコン膜からなるコンタクト部14を残し、ここにビット線BLと同時に形成されるAl膜によってワード線となるAl配線13をコンタクトさせている。
【0010】
このような図345(a)に対応する構造を得るための具体的な製造工程例を図346(a)〜図349(g)を参照して説明する。
【0011】
高不純物濃度のp型シリコン基板1に低不純物濃度のp-型シリコン層2をエピタキシャル成長させたウェハを用い、その表面にマスク層21を堆積し、公知のPEP工程によりフォトレジスト・パターン22を形成して、これを用いてマスク層21をエッチングする(図346(a))。
【0012】
そして、マスク層21を用いて、反応性イオンエッチング法によりシリコン層2をエッチングして、基板1に達する深さの格子縞状の溝3を形成する。これにより、シリコン層2は、柱状をなして複数の島に分離される。その後CVD法によりシリコン酸化膜23を堆積し、これを異方性エッチングにより各柱状シリコン層2の側壁に残す。そしてn型不純物をイオン注入によって、各柱状シリコン層2の上面にそれぞれドレイン拡散層10を形成し、溝底部には共通ソース拡散層9を形成する(図346(b))。
その後、等方性エッチングにより各柱状シリコン層2の周囲のに酸化膜23をエッチング除去した後、必要に応じて斜めイオン注入を利用して各シリコン層2の側壁にチャネルイオン注入を行う。チャネルイオン注入に代って、CVD法によりボロンを含む酸化膜を堆積し、その酸化膜からのボロン拡散を利用してもよい。そしてCVDシリコン酸化膜4を堆積し、これを等方性エッチングによりエッチングして、溝3の底部に所定厚みの酸化膜を埋め込む。
【0013】
次いで、熱酸化によって各シリコン層2の周囲に、例えば10nm程度のトンネル酸化膜5を形成した後、第1層多結晶シリコン膜を堆積する。この第1層多結晶シリコン膜を異方性エッチングによりエッチングして、柱状シリコン層2の下部側壁に残して、シリコン層2を取り囲む形の浮遊ゲート6を形成する(図347(c))。
続いて、各柱状シリコン層2の周囲に形成された浮遊ゲート6の表面に層間絶縁膜7を形成する。この層間絶縁膜7は、例えば、ONO膜とする。具体的には浮遊ゲート6の表面を所定厚み酸化した後、プラズマCVD法によりシリコン窒化膜を堆積してその表面を熱酸化することにより、ONO膜を形成する。そして第2層多結晶シリコン膜を堆積して異方性エッチングによりエッチングすることにより、やはり柱状シリコン層2の下部に制御ゲート8を形成する(図347(d))。このとき制御ゲート8は、柱状シリコン層2の間隔を、図344の縦方向について予め所定の値以下に設定しておくことによって、マスク工程を用いることなく、その方向に連続する制御ゲート線として形成される。そして不要な層間絶縁膜7及びその下のトンネル酸化膜2をエッチング除去した後、CVDシリコン酸化膜111を堆積し、これをエッチングして溝3の途中まで、すなわちメモリセルの浮遊ゲート7及び制御ゲート8が隠れるまで埋め込む(図348(e))。
【0014】
その後、露出した柱状シリコン層2の上部に熱酸化により20nm程度のゲート酸化膜31を形成した後、第3層多結晶シリコン膜を堆積し、これを異方性エッチングによりエッチングしてMOSトランジスタのゲート電極32を形成する(図348(f))。このゲート電極32も制御ゲート線と同じ方向に連続的にパターン形成されて選択ゲート線となる。選択ゲート線もセルフアラインで連続的に形成することができるが、メモリセルの制御ゲート8の場合に比べて難しい。これは、メモリ・トランジスタ部は2層ゲートであるのに対し、選択ゲート・トランジスタが単層ゲートであるため、隣接セル間のゲート電極間隔が制御ゲート間隔より広いからである。したがって確実にゲート電極32を連続させるためには、これを二層多結晶シリコン構造として、最初の多結晶シリコン膜についてはマスク工程でゲート電極を繋げる部分にのみ残し、次の多結晶シリコン膜に対して側壁残しの技術を利用すればよい。
なお、制御ゲート線及び選択ゲート線はそれぞれ異なる端部において、柱状シリコン層上面にコンタクト部14、15が形成されるように、多結晶シリコン膜エッチングに際してマスクを形成しておく。
【0015】
最後にCVDシリコン酸化膜112を堆積して、必要なら平坦化処理を行った後、コンタクト孔を開けて、Alの蒸着、パターニングにより、ビット線BLとなるAl配線12、制御ゲート線CGとなるAl配線13及びワード線WLとなるAl配線16を同時に形成する(図349(g))。
【0016】
図350(a)は、この従来例のEEPROMの1メモリセルの要部断面構造を、図275(b)は等価回路を示している。
図350(a)及び(b)を用いて、この従来例のEEPROMの動作を簡単に説明する。
【0017】
まず、書込みにホットキャリア注入を利用する場合の書込みは、選択ワード線WLに十分高い正電位を与え、選択制御ゲート線CG及び選択ビット線BLに所定の正電位を与える。これにより選択ゲート・トランジスタQsを介して正電位をメモリ・トランジスタQcのドレインに伝達して、メモリ・トランジスタQcでチャネル電流を流して、ホットキャリア注入を行う。これにより、そのメモリセルのしきい値は正方向に移動する。
【0018】
消去は、選択制御ゲートCGを0Vとし、ワード線WL及びビット線BLに高い正電位を与えて、ドレイン側に浮遊ゲートの電子を放出させる。一括消去の場合には、共通ソースに高い正電位を与えれてソース側に電子を放出させることもできる。これにより、メモリセルのしきい値は負方向に移動する。
【0019】
読出し動作は、ワード線WLにより選択ゲート・トランジスタQsを開き、制御ゲート線CGの読出し電位を与えて、電流の有無により“0”、“1”判別を行う。電子注入にFNトンネリングを利用する場合には、選択制御ゲート線CG及び選択ワード線WLに高い正電位を与え、選択ビット線BLを0Vとして、基板から浮遊ゲートに電子を注入する。
また、この従来例によれば、選択ゲート・トランジスタがあるため、過消去状態になっても誤動作しないEEPROMが得られる。
【0020】
ところで、この従来例では、図350(a)に示したように、選択ゲート・トランジスタQsとメモリ・トランジスタQcの間には拡散層がない。これは、柱状シリコン層の側面に選択的に拡散層を形成することが困難だからである。したがって、図345(a)及び(b)の構造において、メモリ・トランジスタのゲート部と選択ゲート・トランジスタのゲート部の間の分離酸化膜はできるだけ薄いことが望ましい。特に、ホットエレクトロン注入を利用する場合には、メモリ・トランジスタのドレイン部に十分な“H”レベル電位を伝達するために、この分離酸化膜厚が30〜40nm程度であることが必要になる。
このような微小間隔は、先の製造工程で説明したCVD法による酸化膜埋込みのみでは実際上は困難である。したがって、CVD酸化膜による埋込みは浮遊ゲート6及び制御ゲート8が露出する状態とし、選択ゲート・トランジスタ用のゲート酸化の工程で同時に浮遊ゲート6及び制御ゲート8の露出部に薄い酸化膜を形成する方法が望ましい。
【0021】
また、従来例によれば、格子縞状の溝底部を分離領域として、柱状シリコン層が配列され、この柱状シリコン層の周囲を取り囲むように形成された浮遊ゲートをもつメモリセルが構成されるから、メモリセルの占有面積が小さい、高集積化EEPROMが得られる。しかも、メモリセル占有面積が小さいにも拘らず、浮遊ゲートと制御ゲート間の容量は十分大きく確保することができる。
なお、従来例では、マスクを用いることなく各メモリセルの制御ゲートを一方向について連続するように形成した。これは、柱状シリコン層の配置が対称的でない場合に初めて可能である。すなわち、ワード線方向の柱状シリコン層の隣接間隔を、ビット線方向のそれより小さくすることにより、ビット線方向には分離され、ワード線方向に繋がる制御ゲート線がマスクなしで自動的に得られる。
【0022】
これに対して、例えば、柱状シリコン層の配置を対称的にした場合には、PEP工程を必要とする。
具体的に説明すれば、第2層多結晶シリコン膜を厚く堆積して、PEP工程を経て、制御ゲート線として連続させるべき部分にこれを残すように選択エッチングする。
ついで、第3層多結晶シリコン膜を堆積して、従来例で説明したと同様に側壁残しのエッチングを行う。また、柱状シリコン層の配置が対称的でない場合にも、その配置の間隔によっては従来例のように自動的に連続する制御ゲート線が形成できないこともある。
この様な場合にも、上述のようなマスク工程を用いることにより、一方向に連続する制御ゲート線を形成すればよい。
【0023】
また、従来例では浮遊ゲート構造のメモリセルを用いたが、電荷蓄積層は必ずしも浮遊ゲート構造である必要はなく、電荷蓄積層を多層絶縁膜へのトラップにより実現している、例えばMNOS構造の場合にも有効である。
図351は、MNOS構造のメモリセルを用いた場合の図345(a)に対応する断面図である。電荷蓄積層となる積層絶縁膜24は、トンネル酸化膜とシリコン窒化膜の積層構造、またはその窒化膜表面にさらに酸化膜を形成した構造とする。
図352は、上記従来例において、メモリ・トランジスタと選択ゲート・トランジスタを逆にした例、すなわち、柱状シリコン層2の下部に選択ゲート・トランジスタを形成し、上部にメモリ・トランジスタを形成した図345(a)に対応する断面図である。共通ソース側に選択ゲート・トランジスタを設けるこの構造は、書き込み方式としてホットエレクトロン注入方式が用いる場合に採用することができる。
図353は、一つの柱状シリコン層に複数のメモリセルを構成した従来例である。先の従来例と対応する部分には先の従来例と同一符号を付して詳細な説明は省略する。この従来例では、柱状シリコン層2の最下部に選択ゲート・トランジスタQs1を形成し、その上に3個のメモリ・トランジスタQc1、Qc2、Q3cを重ね、さらにその上に選択ゲート・トランジスタQs2を形成している。この構造は基本的に先に説明した製造工程を繰り返すことにより得られる。
図352及び図353で説明した従来例においても、メモリ・トランジスタとして浮遊ゲート構造に代えて、MNOS構造を用いることができる。
【0024】
以上述べたように従来技術によれば、格子縞状溝によって分離された柱状半導体層の側壁を利用して、電荷蓄積層と制御ゲートをもつメモリ・トランジスタを用いたメモリセルを構成することにより、制御ゲートと電荷蓄積層間の容量を十分大きく確保して、しかもメモリセル占有面積を小さくして高集積化を図ったEEPROMを得ることができる。
【0025】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、一つの柱状半導体層に複数のメモリセルを直列に接続して構成し、各メモリセルの閾値が同じであると考えた場合、制御ゲート線CGに読出し電位を与えて、電流の有無により“0”、“1”判別を行う読み出し動作の際、直列に接続された両端に位置するメモリセルにおいては基板からのバックバイアス効果により閾値の変動が顕著となる。これにより直列に接続するメモリセルの個数がデバイス上制約されるため、大容量化を行った際に問題となる。
また、基板に対して垂直方向にトランジスタを形成していく際、各段毎にトランジスタを形成していけば、各段毎の熱履歴の違いによるトンネル膜質の違いや拡散層のプロファイルの違いによるセル特性のばらつきが発生する。
【0026】
本発明は上記課題に鑑みなされたものであり、電荷蓄積層及び制御ゲートを有する半導体記憶装置のバックバイアス効果による影響を低減させることにより集積度を向上させ、メモリセルの占有面積を増加させずに電荷蓄積層と制御ゲートの間の容量比をより一層増大させるとともに、製造プロセスに起因する各メモリセルトランジスタの熱履歴の遍歴を最小限に抑えることでメモリセルの特性のばらつきを抑える半導体記憶装置の製造方法を提供することを目的とする。
【0027】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、半導体基板上に第1の絶縁膜を形成する工程と、
該第1の絶縁膜をパターニングして、互いに分離された島状絶縁膜を形成する工程と、
該島状絶縁膜の側壁に第1の導電膜をからなる電荷蓄積層をサイドウォール状に形成する工程と、
該電荷蓄積層の側壁に層間容量膜を介して第2の導電膜からなる制御ゲートをサイドウォール状に形成する工程と、
前記島状絶縁膜をパターニングして、前記半導体基板表面の一部及び第1の導電膜の側壁を露出させる工程と、
露出した前記第1の導電膜の側壁にトンネル絶縁膜を形成する工程と、
該トンネル絶縁膜に接するように、エピタキシャル成長により島状半導体層を形成する工程と、
前記島状半導体層における第1の導電膜に対向する領域に不純物を導入する工程とを含むことにより、
半導体基板と、少なくとも1つの島状半導体層、該島状半導体層の側壁の周囲の全部又は一部に形成された電荷蓄積層及び制御ゲートから構成される少なくとも1つのメモリセルとを有し、該メモリセルの少なくとも1つが前記半導体基板から電気的に絶縁されてなる半導体記憶装置を製造する半導体記憶装置の製造方法が提供される。
【0028】
また、本発明によれば、半導体基板上に第1の絶縁膜を形成する工程と、
該第1の絶縁膜をパターニングして、互いに分離された島状絶縁膜を形成する工程と、
該島状絶縁膜の側壁に第1の導電膜をからなる制御ゲートをサイドウォール状に形成する工程と、
前記島状絶縁膜をパターニングして、前記半導体基板表面の一部及び第1の導電膜の側壁を露出させる工程と、
露出した前記第1の導電膜の側壁に積層絶縁膜からなる電荷蓄積層を形成する工程と、
該電荷蓄積層に接するように、エピタキシャル成長により島状半導体層を形成する工程と、
前記島状半導体層における第1の導電膜に対向する領域に不純物を導入する工程とを含むことにより、
半導体基板と、少なくとも1つの島状半導体層、該島状半導体層の側壁の周囲の全部又は一部に形成された電荷蓄積層及び制御ゲートから構成される少なくとも1つのメモリセルとを有し、該メモリセルの少なくとも1つが前記半導体基板から電気的に絶縁されてなる半導体記憶装置を製造する半導体記憶装置の製造方法が提供される。
【0029】
さらに、本発明によれば、半導体基板上に第1の絶縁膜を形成する工程と、
該第1の絶縁膜をパターニングして、互いに分離された島状絶縁膜を形成する工程と、
該島状絶縁膜の側壁に第1の導電膜をからなる制御ゲート及びキャパシタ電極をサイドウォール状に形成する工程と、
前記島状絶縁膜をパターニングして、前記半導体基板表面の一部及び第1の導電膜の側壁を露出させる工程と、
露出した前記第1の導電膜の側壁にゲート絶縁膜を形成する工程と、
該ゲート絶縁膜に接するように、エピタキシャル成長により島状半導体層を形成する工程と、
前記島状半導体層における第1の導電膜に対向する領域に不純物を導入する工程とを含むことにより、
半導体基板と、少なくとも1つの島状半導体層、該島状半導体層の側壁の周囲の全部又は一部に形成された電荷蓄積層及び制御ゲートから構成される少なくとも1つのメモリセルとを有し、該メモリセルの少なくとも1つが前記半導体基板から電気的に絶縁されてなる半導体記憶装置を製造する半導体記憶装置の製造方法が提供される。
【0030】
【発明の実施の形態】
本発明の半導体記憶装置は、半導体基板面の垂線方向に電荷蓄積層および制御ゲートとなる第三の電極を有する複数のメモリセルを直列に接続し、該メモリセルは半導体基板と該半導体基板上に格子縞状に分離されてなるマトリクス状に配列された複数の島状半導体層の側壁部に形成され、該島状半導体層に配置された不純物拡散層をメモリセルのソースもしくはドレインとし、該不純物拡散層により半導体基板と島状半導体層が電気的に分離しており、前記制御ゲートが一方向の複数の島状半導体層について連続的に、且つ、半導体基板面に対し水平方向に配置されてなる第三の配線である制御ゲート線を有し、該制御ゲート線と交差する方向に不純物拡散層と電気的に接続し、且つ、半導体基板面に対し水平方向に配置されてなる第四の配線であるビット線を有する。
【0031】
メモリセルアレイの平面図における実施の形態
本発明の半導体記憶装置におけるメモリセルアレイの平面図を図1〜図12に基づいて説明する。
図1〜図9は、電荷蓄積層として浮遊ゲートを有するEEPROMのメモリセルアレイを示す平面図であり、図10は電荷蓄積層として積層絶縁膜を有するMONOS構造であるメモリセルアレイを、図11は電荷蓄積層としてMISキャパシタを有するDRAM構造であるメモリセルアレイを、図12は電荷蓄積層としてMISトランジスタを有するSRAM構造であるメモリセルアレイを示す平面図である。なお、これらの図においては、メモリセルを選択するためのゲート電極(以下「選択ゲート」と記す)として第二の配線又は第五の配線である選択ゲート線、第三の配線である制御ゲート線、第四の配線であるビット線及び第一の配線であるソース線のレイアウトを含めて説明する。
【0032】
まず、電荷蓄積層として浮遊ゲートを有するEEPROMのメモリセルアレイを示す平面図について説明する。
図1は、メモリセルを形成する円柱状の島状半導体部が、例えば二種の平行線が直交する交点へそれぞれ配置するような配列をなし、各々のメモリセルを選択、制御するための第一の配線層及び第二の配線層及び第三の配線層及び第四の配線層は基板面に対し平行に配置されているメモリセルアレイを示す。
また、第四の配線層1840と交差する方向であるA―A’方向と第四の配線層1840方向であるB―B’方向で島状半導体部の配置間隔を変えることにより、各々のメモリセルの制御ゲートである第二の導電膜が一方向に、図1ではA―A’方向に、連続して形成され第三の配線層となる。同様に選択ゲート・トランジスタのゲートである第二の導電膜が一方向に連続して形成され第二の配線層となる。
さらに、島状半導体部の基板側に配置されてなる第一の配線層と電気的に接続するための端子を、例えば図1のA―A’方向に接続するメモリセルのA’側の端部に設け、第二の配線層及び第三の配線層と電気的に接続するための端子を、例えば図1のA―A’方向に接続するメモリセルのA側の端部に設け、島状半導体部の基板とは反対側に配置されてなる第四の配線層1840とはメモリセルを形成する円柱状の島状半導体部のそれぞれに電気的に接続しており、例えば図1においては、第二の配線層及び第三の配線層と交差する方向に第四の配線層1840が形成されている。
また、第一の配線層と電気的に接続するための端子は島状半導体部で形成されており、第二の配線層及び第三の配線層と電気的に接続するための端子は島状半導体部に被覆されてなる第二の導電膜で形成されている。また、第一の配線層、第二の配線層及び第三の配線層と電気的に接続するための端子はそれぞれ第一のコンタクト部1910、第二のコンタクト部1921、1924、第三のコンタクト部1932、1933と接続している。
【0033】
図1では、第一のコンタクト部1910を介して第一の配線層1810が半導体記憶装置上面に引き出されている。なおメモリセルを形成する円柱状の島状半導体部の配列は図1のような配列でなくてもよく、上述のような配線層の位置関係や電気的な接続関係があればメモリセルを形成する円柱状の島状半導体部の配列は限定されない。
第一のコンタクト部1910に接続されてなる島状半導体部は、図1ではA―A’方向に接続するメモリセルのA’側の全ての端部に配置されているが、A側の端部の一部若しくは全てに配置してもよいし、第四の配線層1840と交差する方向であるA―A’方向に接続するメモリセルを形成している島状半導体部のいずれかに配置してもよい。また、第二のコンタクト部1921や1924、第三のコンタクト部1932や1933に接続されてなる第二の導電膜で被覆される島状半導体部は第一のコンタクト部1910が配置されない側の端部に配置してもよいし、第一のコンタクト部1910が配置される側の端部に連続して配置してもよいし、第四の配線層1840と交差する方向であるA―A’方向に接続するメモリセルを形成している島状半導体部のいずれかに配置してもよいし、第二のコンタクト部1921や1924、第三のコンタクト部1932などを分割して配置してもよい。第一の配線層1810や第四の配線層1840は所望の配線が得られれば、幅や形状は問わない。島状半導体部の基板側に配置されてなる第一の配線層が第二の導電膜で形成されてなる第二の配線層及び第三の配線層と自己整合で形成される場合、第一の配線層と電気的に接続するための端子となる島状半導体部が第二の導電膜で形成されてなる第二の配線層及び第三の配線層と電気的には分離されているが、絶縁膜を介して接する状態であることを有する。例えば図1では、第一のコンタクト部1910が接続している島状半導体部側面の一部に絶縁膜を介して第一の導電膜が形成されており、この第一の導電膜はメモリセルを形成している島状半導体部との間に配置されており、第一の導電膜の側面に絶縁膜を介して第二の導電膜が形成されており、第二の導電膜が第四の配線層1840と交差する方向であるA―A’方向に、連続して形成されてなる第二の配線層及び第三の配線層と接続されている。このとき島状半導体部側面に形成される第一および第二の導電膜の形状は問わない。また、第一の配線層と電気的に接続するための端子となる島状半導体部とメモリセルが形成されている島状半導体部にある第一の導電膜との距離を、例えば第二の導電膜の膜厚の2倍以下とすることにより、第一の配線層と電気的に接続するための端子となる該島状半導体部の側面の第一の導電膜を全て取り除いてもよい。
【0034】
また、図1においては、第二及び第三のコンタクト部は、島状半導体部頂上部を覆うように形成した第二の導電膜1521〜1524の上に形成しているが、各々接続できるのならば第二及び第三の配線層の形状は問わない。図1では選択ゲート・トランジスタ、第三の電極である多結晶シリコン膜1530は複雑になるため省略している。また、図1では製造工程例に用いる断面、すなわちA―A’断面、B―B’断面、C―C’断面、D―D’断面、E―E’断面、F―F’断面を併記している。
【0035】
図2は、メモリセルを形成する円柱状の島状半導体部が、例えば二種の平行線が直交せずに交差した点へそれぞれ配置するような配列をなし、各々のメモリセルを選択、制御するための第一の配線層及び第二の配線層及び第三の配線層及び第四の配線層は基板面に対し平行に配置されているメモリセルアレイを示す。また、第四の配線層1840と交差する方向であるA―A’方向と図中のB―B’方向で島状半導体部の配置間隔を変えることにより、各々のメモリセルの制御ゲートである第二の導電膜が一方向に、図2では、A―A’方向に、連続して形成され第三の配線層となる。同様に選択ゲート・トランジスタのゲートである第二の導電膜が一方向に連続して形成され、第二の配線層となる。さらに、島状半導体部の基板側に配置されてなる第一の配線層と電気的に接続するための端子を、例えば図2のA―A’方向に接続するメモリセルのA’側の端部に設け、第二の配線層及び第三の配線層と電気的に接続するための端子を、例えば図2のA―A’方向に接続するメモリセルのA側の端部に設け、島状半導体部の基板とは反対側に配置されてなる第四の配線層1840とはメモリセルを形成する円柱状の島状半導体部のそれぞれに電気的に接続しており、例えば図2では、第二の配線層及び第三の配線層と交差する方向に第四の配線層1840が形成されている。
【0036】
第一の配線層と電気的に接続するための端子は島状半導体部で形成されており、第二の配線層及び第三の配線層と電気的に接続するための端子は島状半導体部に被覆されてなる第二の導電膜で形成されている。また、第一の配線層、第二の配線層及び第三の配線層と電気的に接続するための端子はそれぞれ第一のコンタクト部1910、第二のコンタクト部1921、1924、第三のコンタクト部1932、1933と接続している。
図2では、第一のコンタクト部1910を介して第一の配線層1810が半導体記憶装置上面に引き出されている。なお、メモリセルを形成する円柱状の島状半導体部の配列は図2のような配列でなくてもよく、上述のような配線層の位置関係や電気的な接続関係があれば、メモリセルを形成する円柱状の島状半導体部の配列は限定されない。
【0037】
また、第一のコンタクト部1910に接続されてなる島状半導体部は、図2ではA―A’方向に接続するメモリセルのA’側の全ての端部に配置されているが、A側の端部の一部若しくは全てに配置してもよいし、第四の配線層1840と交差する方向であるA―A’方向に接続するメモリセルを形成している島状半導体部のいずれかに配置してもよい。また、第二のコンタクト部1921や1924、第三のコンタクト部1932、1933に接続されてなる第二の導電膜で被覆される島状半導体部は第一のコンタクト部1910が配置されてない側の端部に配置してもよいし、第一のコンタクト部1910が配置される側の端部に連続して配置してもよいし、第四の配線層1840と交差する方向であるA―A’方向に接続するメモリセルを形成している島状半導体部のいずれかに配置してもよいし、第二のコンタクト部1921や1924、第三のコンタクト部1932などを分割して配置してもよい。第一の配線層1810や第四の配線層1840は所望の配線が得られれば幅や形状は問わない。
【0038】
島状半導体部の基板側に配置されてなる第一の配線層が第二の導電膜で形成されてなる第二の配線層及び第三の配線層と自己整合で形成される場合、第一の配線層と電気的に接続するための端子となる島状半導体部が第二の導電膜で形成されてなる第二の配線層及び第三の配線層と電気的には分離されているが絶縁膜を介して接する状態であることを有する。例えば図2では第一のコンタクト部1910が接続している島状半導体部側面の一部に絶縁膜を介して第一の導電膜が形成されており、第一の導電膜はメモリセルを形成している島状半導体部との間に配置されており、第一の導電膜の側面に絶縁膜を介して第二の導電膜が形成されており、第二の導電膜は第四の配線層1840と交差する方向であるA―A’方向に、連続して形成されてなる第二の配線層及び第三の配線層と接続されている。このとき、島状半導体部側面に形成される第一および第二の導電膜の形状は問わない。また、第一の配線層と電気的に接続するための端子となる島状半導体部とメモリセルが形成されている島状半導体部にある第一の導電膜との距離を、例えば第二の導電膜の膜厚の2倍以下とすることにより、第一の配線層と電気的に接続するための端子となる該島状半導体部の側面の第一の導電膜を全て取り除いてもよい。
図2においては第二及び第三のコンタクト部は、島状半導体部頂上部を覆うように形成した第二の導電膜1521〜1524の上に形成しているが、各々接続できるのならば、第二及び第三の配線層の形状は問わない。図2では選択ゲート・トランジスタは複雑になるため省略している。また、図2では製造工程例に用いる断面、すなわちA―A’断面、B―B’断面を併記している。
【0039】
図3及び図4は、図1及び図2に対し、メモリセルを形成する島状半導体部の断面形状が四角形であった場合の一例として、図3と図4とで配置している向きがそれぞれ異なっている例をそれぞれ示している。島状半導体部の断面形状は円形や四角形に限らない。例えば楕円形や六角形あるいは八角形などでもよい。ただし、島状半導体部の大きさが加工限界近くである場合には、設計時に四角形や六角形や八角形など角を持つものであっても、フォト工程やエッチング工程などにより角が丸みを帯び、該島状半導体部の断面形状は円形や楕円形に近づく。また、図3及び図4では選択ゲート・トランジスタは複雑になるため省略している。
【0040】
図5は図1に対し、メモリセルを形成する島状半導体部に直列に形成するメモリセルの数を2つとし、選択ゲート・トランジスタを形成しない場合の一例を示している。また、図5では製造工程例に用いる断面、すなわちA―A’断面、B―B’断面を併記している。
【0041】
図6は図1に対し、メモリセルを形成する島状半導体部の断面形状が円形でなく楕円であるときの一例として、楕円の長軸の向きがB―B’方向である場合の例を示し、図7は図6に対し、楕円の長軸の向きがA―A’方向である場合をそれぞれ示している。この楕円の長軸の向きはA―A’方向及びB―B’方向に限らず、どの方向に向いていてもよい。また、図6及び図7では選択ゲート・トランジスタは複雑になるため省略している。
【0042】
図8は図2に対し、所望の配線層より上部にある配線層及び絶縁膜等を異方性エッチングにより除去し、所望の配線層にコンタクト部を形成した一例として、隣接する第二、第三の配線層の引き出し部に共通のコンタクト部を形成した場合の例を示している。図8の一例ではH―H’方向に連続して配置するメモリセルと、隣接して同様に連続して配置するメモリセルに共通して所望の配線層にコンタクト部を形成しており、隣接する互いのメモリセルの一方のみを動作する場合は第四の拡散層1840を一つおきに所望の電位を与えていくことによりメモリセルの選択が実現する。また図8の例に対し、H―H’方向に連続して配置するメモリセルと、隣接して同様に連続して配置するメモリセルに共通して所望の配線層にコンタクト部を形成せず、連続して配置するメモリセルそれぞれに所望の配線層にコンタクト部を形成してもよい。図8では製造例に用いる断面、すなわちH―H’断面、I1−I1’断面〜I5―I5’断面を併記している。
【0043】
図9は図2に対し、コンタクトをとる領域で第二の導電膜である多結晶シリコン1521〜1524を階段状に形成し、所望の配線層より上部にある絶縁膜等を異方性エッチングにより除去し、所望の配線層にコンタクト部を形成した際の一例として、A―A’方向に連続するメモリセルの端部に各々第二の配線層1821や1824及び第三の配線層1832などのコンタクト部を形成した場合の例を示している。図9では製造例に用いる断面、すなわちH―H’断面、I1−I1’断面〜I5―I5’断面を併記している。
【0044】
以上、電荷蓄積層として浮遊ゲートを有する半導体記憶装置の平面図について説明したが、図1〜図9の配置及び構造は種々組み合わせて用いてもよい。
【0045】
図10は、図1に対し、例えばMONOS構造のように電荷蓄積層に積層絶縁膜を用いた場合の一例を示しており、電荷蓄積層が浮遊ゲートから積層絶縁膜に変わったこと以外は同様である。また、図10では製造工程例に用いる断面、すなわちA―A’断面、B―B’断面を併記しているが、選択ゲート・トランジスタは複雑になるため省略している。
【0046】
図11は図1に対し、例えばDRAMのように電荷蓄積層としてMISキャパシタを用いた場合の一例を示しており、電荷蓄積層が浮遊ゲートからMISキャパシタに代わり、ビット線とソース線が平行に配置されること以外は同様である。また、図11では製造工程例に用いる断面、すなわちA―A’断面、B―B’断面を併記している。
【0047】
図12は、例えばSRAMのように電荷蓄積層としてMISトランジスタを用いた場合の一例を示している。図12はメモリセルを形成する円柱状の島状半導体部が、例えば二種の平行線が直交する交点へそれぞれ配置するような配列をなし、各々のメモリセルを選択、制御するための不純物拡散層3721からなる第一の配線層、制御ゲート3514からなる第三の配線層、ビット線となる第四の配線層は基板面に対し平行に配置されているメモリセルアレイを示す。また、第二の導電膜3512および第三の導電膜3513からなる第二の配線層3840は基板面に対し、垂直方向及び水平方向の二方向に配線されている。各々接続できるのならば第二、第三及び第四の配線層の形状は問わない。また、図12では製造工程例に用いる断面、すなわち、J1−J1’断面、J2−J2’断面、K1−K1’断面およびK2−K2’断面を併記しているが、複雑になるため第一の配線層3710、第一の配線層3850およびこれら配線層と電気的に接続するための端子、第5の配線層3850は省略した。また、島状半導体層3110と各配線層を区別するため、島状半導体層の形状を円形にしているが、その逆であってもよい。
【0048】
メモリセルアレイの断面図における実施の形態
電荷蓄積層として浮遊ゲートを有する半導体記憶装置の断面図を、図13〜図36に示す。これらのうち、奇数の図面は図1のA−A’断面図、偶数の図面はB−B’断面図を示す。
本発明の半導体記憶装置は、p型シリコン基板1100上に複数の柱状をなした島状半導体層1110がマトリクス配列され、これら各島状半導体層1110の上部と下部に選択ゲートとなる第二の電極もしくは第五の電極を有するトランジスタを配置し、選択ゲート・トランジスタに挟まれてメモリ・トランジスタを複数個、図13〜図36では、例えば2個配置し、各々トランジスタを島状半導体層に沿って直列に接続した構造となっている。すなわち島状半導体層間の溝底部に所定厚みの第九の絶縁膜であるシリコン酸化膜1460が配置され、島状半導体層1110の周囲を取り囲むように、島状半導体層側壁にゲート絶縁膜厚を介して選択ゲート1500が配置されて選択ゲート・トランジスタとし、この選択ゲート・トランジスタ上方に島状半導体層1110の周囲を取り囲むように、島状半導体層側壁に第三の絶縁膜であるシリコン酸化膜420を介して浮遊ゲート1510が配置され、さらにその外側に複層膜からなる層間絶縁膜1610を介して制御ゲート1520が配置されてメモリ・トランジスタとした構造となっている。
さらに、このメモリ・トランジスタを同様に複数個配置した上方に、先ほどと同様に選択ゲート1500を有するトランジスタを配置する。
【0049】
選択ゲート1500および制御ゲート1520は、図1および図14に示すように、一方向の複数のトランジスタについて連続的に配設されて、第二の配線もしくは第五の配線である選択ゲート線および第三の配線である制御ゲート線となっている。半導体基板面には、メモリセルの活性領域が半導体基板に対してフローテイング状態となるようにメモリセルのソース拡散層1710が配置され、さらに、各々のメモリセルの活性領域がフローテイング状態となるように拡散層1720が配置され、各島状半導体層1110の上面には各メモリセル毎のドレイン拡散層1725が配置されている。このように配置されたメモリセルの間にはドレイン拡散層1725の上部が露出されるよう第九の絶縁膜である酸化膜1460が配置され、制御ゲート線と交差する方向のメモリセルのドレイン拡散層1725を共通接続するビット線となるAl配線1840が配設されている。
【0050】
図13及び図14は、選択ゲート・トランジスタのゲート絶縁膜厚はメモリ・トランジスタのゲート絶縁膜厚と等しい場合の一例を示す。
図15及び図16は、図13及び図14に対し、層間絶縁膜1610を単層膜で形成した場合の一例を示す。
図17及び図18は、図13及び図14に対し、メモリセルにおいて制御ゲート1520の半導体基板に水平方向の膜厚が浮遊ゲート1510の水平方向の膜厚より厚く、第三の配線層の低抵抗化が容易に行える場合の一例を示す。
図19及び図20は、図13及び図14に対し、トンネル酸化膜として第三の絶縁膜であるシリコン酸化膜1420の表面が島状半導体層1110の周囲よりも外側へ位置する場合の一例を示す。
図21及び図22は、図13及び図14に対し、選択ゲート・トランジスタのゲートを一回の導電膜の堆積で形成せず、複数回、例えば2回の導電膜の堆積により形成する場合の一例を示す。
図23及び図24は、図13及び図14に対し、メモリセルの制御ゲート1520と浮遊ゲート1510の材料が異なる場合の一例を示す。
図25及び図26は、図13及び図14に対し、メモリセルの制御ゲート1520の外周の大きさと選択ゲート・トランジスタのゲート1500の外周の大きさが異なる場合の一例を示す。
図27及び図28は、選択ゲート・トランジスタのゲート絶縁膜厚はメモリ・トランジスタのゲート絶縁膜厚より大きい場合の一例を示す。
図29及び図30は、図27及び図28に対し、第三の絶縁膜であるシリコン酸化膜1420及び第十三の絶縁膜であるシリコン酸化膜1451の表面が島状半導体層1110の周囲よりも外側へ位置する場合の一例を示す。
【0051】
図31及び図32は、各トランジスタの間には拡散層1720が配置されない場合の一例を示す。
図33及び図34は、拡散層1720が配置されず、さらにメモリ・トランジスタおよび選択ゲート・トランジスタのゲート電極である1500、1510、1520の間に配置する第三の電極である多結晶シリコン膜1530を形成した場合の一例を示す。
図35及び図36は、図33及び図34に対し、第三の電極である多結晶シリコン膜1530の底部や上端の位置がそれぞれ選択ゲート・トランジスタのゲート1500の上端の位置と異なる場合の一例を示す。
【0052】
電荷蓄積層として積層絶縁膜を有する半導体記憶装置の断面図を、図37〜図48に示す。これらのうち、奇数の図面は、MONOS構造をとるメモリセルアレイを示す図10のA−A’断面図、偶数の図面はB−B’断面図を示す。
【0053】
本発明の半導体記憶装置は、図13〜図36に対して電荷蓄積層が浮遊ゲートから積層絶縁膜に代わったこと以外は同様である。
また、図39及び図40は、図37及び図38に対し、選択ゲート・トランジスタのゲート膜厚よりも積層絶縁膜の膜厚が厚い場合を示す。
図41及び図42は、図37及び図38に対し、選択ゲート・トランジスタのゲート膜厚よりも積層絶縁膜の膜厚が薄い場合の例を示す。
【0054】
電荷蓄積層としてMISキャパシタ有する半導体記憶装置の断面図を図49〜図54に示す。これらのうち、奇数の図面は、DRAMのメモリセルアレイを示す図11のA−A’断面図、偶数の図面はB−B’断面図を示す。
本発明の半導体記憶装置は、図13〜図30に対して電荷蓄積層が浮遊ゲートからMISキャパシタに代わり、拡散層の配置がメモリキャパシタの側部に位置することおよび第四の配線であるビット線と第一の配線ソース線が平行に配置されること以外は同様である。
【0055】
電荷蓄積層としてとしてMISトランジスタ有する半導体記憶装置の断面図を図55〜図58に示す。以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図55〜図58は、それぞれSRAMのメモリセルアレイを示す図12のJ1−J1’、J2−J2’、K1−K1’およびK2−K2’断面図である。
本発明の半導体記憶装置は、p型シリコン基板3100上に複数の柱状をなした島状半導体層3110がマトリクス配列され、図55及び図57に示すように、これら各島状半導体層3110の上部と下部にMISトランジスタを2個配置し、各々トランジスタを該島状半導体層に沿って直列に接続した構造となっている。つまり、島状半導体層3110の周囲を取り囲むように、島状半導体層側壁にゲート絶縁膜厚3431を介してメモリゲート3511が配置され、メモリゲート・トランジスタ上方に島状半導体層3110の周囲を取り囲むように、島状半導体層側壁にゲート絶縁膜厚3434を介して制御ゲートとなる第三の電極3514が配置された構造となっている。制御ゲート3514は、図57に示すように、一方向の複数のトランジスタについて連続的に配設されて、第三の配線である制御ゲート線となっている。
【0056】
また、図55及び図57に示すように、半導体基板面には、トランジスタの活性領域が半導体基板に対してフローテイング状態となるように下段に配置されるトランジスタの電気的に共通である第一の不純物拡散層3710が配置され、各々のトランジスタの活性領域がフローテイング状態となるように島状半導体層3110に不純物拡散層3721が配置される。
さらに、各々の島状半導体層3110の上面には各メモリセル毎の不純物拡散層3724が配置されている。これにより、各々トランジスタが島状半導体層3110に沿って直列に接続した構造となる。
また、図55及び図57に示すように、制御ゲート線と交差する方向のメモリセルの第二の不純物拡散層3724を接続するビット線となる第四の配線層3840が配設されている。
この実施の形態では、一対の島状半導体層で構成される4つのトランジスタおよび2つの高抵抗素子によりメモリセルを構成しており、図55及び図57に示すように、メモリゲートである第一の導電膜3511と相対する島状半導体層に配置されてなる第二の不純物拡散層3721が第二の導電膜3512および第三の導電膜3513を介して互いに接続されることにより構成される。
さらに、図56及び図58に示すように、それぞれの島状半導体層3110に配置されてなる第二の不純物拡散層3721に接続されてなる第三の導電膜3513は、高抵抗素子となる不純物拡散層からなる第二の配線層3120と接続され、各々第二の配線層3120は電気的に共通な電極である第五の配線に接続されている。また、図56及び図58に示すように、第四の配線層3840方向に隣接するメモリセルの電気的に共通である第一の不純物拡散層3710が、分離絶縁膜である、例えば第十一の絶縁膜であるシリコン酸化膜3471で電気的に分割されている。
このように配置されたメモリセルおよび配線の間には、例えば第三の絶縁膜である酸化膜3420が配置されて互いに絶縁されている。この実施の形態では、p型島状半導体層側壁に形成された4つのトランジスタおよび2つの高抵抗素子によりメモリセルを構成したが、高抵抗素子に代わりn型半導体上に形成されたトランジスタでもよく、所望の機能を有することができれば構造はこれに限らない。
【0057】
メモリセルアレイの動作原理における実施の形態
本発明の半導体記憶装置は、電荷蓄積層に蓄積される電荷の状態によってメモリ機能を有する。
電荷蓄積層として浮遊ゲートを有するメモリセルを一例に、読み出し、書きこみ、消去について動作原理について説明する。
まず、半導体記憶装置の読出し動作原理を以下に示す。
本発明の半導体記憶装置のアレイ構造の一例として、ゲート電極として第2の電極を備えるトランジスタとゲート電極として第5の電極を備えるトランジスタを選択ゲート・トランジスタとして有し、選択ゲート・トランジスタの間に電荷蓄積層を有し、制御ゲート電極として第3の電極を備えるメモリセルを複数個、例えばL個(Lは正の整数)、直列に接続した島状半導体層を有し、この島状半導体層を複数個、例えばM×N個(M、Nは正の整数)備えてなるメモリセルアレイにおいて、半導体基板に平行に配置される複数、例えばM本の第4の配線がこの島状半導体層の各々の一方の端部に接続され、他方の端部には第1の配線が接続され、また半導体基板に平行で、かつ第4の配線と交差する方向に配置される複数個、例えばN×L個の第3の配線がメモリセルの第3の電極と接続している場合において、第1の配線を第3の配線と平行に配置したときの読出し手法の一例について述べる。
【0058】
図59にこのメモリセルアレイ構造の等価回路を示す。
例えば、島状半導体層がp型半導体で形成されるメモリセルの読み出し動作は、全ての第1の配線(1-1〜1-N)に0Vを与え、選択セルを含む島状半導体層に接続する第四の電極と接続する第4の配線(4-i) (iは1≦i≦Mの正の整数)に3Vを与え、これ以外の第4の配線(≠4-i)に0Vを与え、選択セルに接続する第三の電極と接続する第3の配線(3-j-h)(jは1≦j≦Nの正の整数、hは1≦h≦Lの正の整数)に0Vを与え、第3の配線(3-j-h)を除く第3の配線(≠3-j-h)には3Vを与え、第二の電極と接続する第2の配線(2-j)に3Vを与え、第五の電極と接続する第5の配線(5-j)に3Vを与え、第2の配線(2-j)を除く第2の配線(≠2-j)若しくは第5の配線(5-j)を除く第5の配線(≠5-j)の少なくともどちらか一方に0Vを与えることで、第4の配線(4-i)を流れる電流もしくは第1の配線(1-j)に流れる電流により“0”、“1”を判定する。
このように複数のメモリセル部の上部と下部に選択ゲートを配置することで、メモリセルトランジスタが過剰消去の状態、すなわちしきい値が負の状態である場合に、非選択セルが読み出しゲート電圧0Vでセル電流の流れる現象の防止を行うことができる。
電荷蓄積層を有し、制御ゲート電極として第3の電極を備えるメモリセルを2個直列に接続した島状半導体層を有し、この島状半導体層を複数個、例えばM×N個(M、Nは正の整数)備えてなるメモリセルアレイにおいて、半導体基板に平行に配置される複数、例えばM本の第4の配線が島状半導体層の各々の一方の端部に接続し、他方の端部には第1の配線が接続し、また半導体基板に平行で、かつ第4の配線と交差する方向に配置される複数個、例えばN×2個、の第3の配線はメモリセルの第3の電極と接続している場合において、第1の配線を第3の配線と平行に配置したときの読み出し手法の一例について述べる。
【0059】
図60にこのメモリセルアレイ構造の等価回路を示す。
例えば、島状半導体層がp型半導体で形成される読み出し動作は、全ての第1の配線(1-1〜1-N)に0Vを与え、選択セルを含む島状半導体層に接続する第4の電極に接続する第4の配線(4-i) (iは1≦i≦Mの正の整数)に3Vを与え、これ以外の第4の配線(≠4-i)に0Vを与え、選択セルに接続する第3の電極に接続する第3の配線(3-j-1)に5Vを与え、第3の配線(3-j-2)には0Vを与え、第3の配線(3-j-1)及び第3の配線(3-j-1)を除く第3の配線(≠3-j-1、≠3-j-2)には0Vを与えることで、第4の配線(4-i)を流れる電流もしくは第1の配線(1-j) (jは1≦j≦Nの正の整数)に流れる電流により“0”、“1”を判定する。
【0060】
次いで、半導体記憶装置の書込み動作原理を以下に示す。
本発明の半導体記憶装置のアレイ構造の一例として、ゲート電極として第2の電極を備えるトランジスタとゲート電極として第5の電極を備えるトランジスタを選択ゲート・トランジスタとして有し、選択ゲート・トランジスタの間に電荷蓄積層を有し、制御ゲート電極として第3の電極を備えるメモリセルを複数個、例えばL個(Lは正の整数)直列に接続した島状半導体層を有し、島状半導体層を複数個、例えばM×N個(M、Nは正の整数)備えるメモリセルアレイにおいて、半導体基板に平行に配置される複数、例えばM本の第4の配線が島状半導体層の各々の一方の端部に接続し、他方の端部には第1の配線が接続し、また半導体基板に平行で、かつ第4の配線と交差する方向に配置される複数個、例えばN×L個の第3の配線はメモリセルの第3の電極と接続している場合において、第1の配線を第3の配線と平行に配置し、F−Nトンネリング電流(以下F―N電流と称す)を用いた書込み手法の一例について述べる。
【0061】
図59に、このメモリセルアレイ構造の等価回路を示す。
選択セルの電荷蓄積層に負の電荷を一定量以上蓄積することを書込みとする場合、例えば島状半導体層がp型半導体で形成される書込み動作は、選択セルを含む島状半導体層に接続する第1の電極に接続する第1の配線(1-j)に0Vを与え(jは1≦j≦Nの正の整数)、これ以外の第1の配線(≠1-j)に0Vを与え、選択セルを含む島状半導体層に接続する第4の電極に接続する第4の配線(4-i) (iは1≦i≦Mの正の整数)に0Vを与え、これ以外の第4の配線(≠4-i)に3Vを与え、選択セルに接続する第3の電極に接続する第3の配線(3-j-h)(hは1≦h≦Lの正の整数)に20Vを与え、第3の配線の(3-j-h)を除く第3の配線(≠3-j-h)には3Vを与え、選択セルを含む島状半導体層に接続する第2の電極に接続する第2の配線(2-j)に0Vを与え、選択セルを含む島状半導体層に接続する第5の電極に接続する第5の配線(5-j)に1Vを与え、第2の配線(2-j)を除く第2の配線(≠2-j)と第5の配線(5-j)を除く第5の配線(≠5-j)に0Vを与えることで、選択セルのチャネル部と制御ゲート間のみに高電位が印可される状態をつくり、F―Nトンネリング現象によりチャネル部より電荷蓄積層へ電子を注入する。なお、第4の配線(4-i)を除く第4の配線(≠4-i)に3Vを与えることにより選択セルを含まない島状半導体層内の第5の電極を備える選択ゲート・トランジスタはカットオフし、第3の配線(3-j-h)と接続する非選択セルの拡散層と第4の配線(≠4-i)との電気的経路は寸断されチャネルが形成されず書込みは行われない。
また、選択セルを含まない島状半導体層内の第5の電極を備える選択ゲート・トランジスタをカットオフさせずに書込みを行う一例として、選択セルを含む島状半導体層に接続する第1の電極に接続する第1の配線(1-j)に0Vを与え(jは1≦j≦Nの正の整数)、これ以外の第1の配線第1の配線(≠1-j)に0Vを与え、選択セルを含む島状半導体層に接続する第4の電極に接続する第4の配線(4-i) (iは1≦i≦Mの正の整数)に0Vを与え、これ以外の第4の配線(≠4-i)に7Vを与え、選択セルに接続する第3の電極に接続する第3の配線(3-j-h)(hは1≦h≦Lの正の整数)に20Vを与え、第3の配線の(3-j-h)を除く第3の配線(≠3-j-h)には7Vを与え、選択セルを含む島状半導体層に接続する第2の電極に接続する第2の配線(2-j)に0Vを与え、選択セルを含む島状半導体層に接続する第5の電極に接続する第5の配線(5-j)に20Vを与え、第2の配線(2-j)を除く第2の配線(≠2-j)と第5の配線(5-j)を除く第5の配線(≠5-j)に0Vを与えることで、選択セルのチャネル部と制御ゲートと間に20V程度の電位差を発生させ、F−Nトンネリング現象によりチャネル部より電荷蓄積層へトンネル電子を注入する。
なお、第3の配線(3-j-h)に接続する非選択セルのチャネル部と制御ゲートと間には13V程度の電位差が発生するが、選択セルの書込み時間内にこのセルの閾値を変動させるほどの十分な電子の注入は行われなれず、よってこのセルの書込みは実現しない。
【0062】
また、本発明の半導体記憶装置のアレイ構造の一例として、電荷蓄積層を有し制御ゲート電極として第3の電極を備えるメモリセルを2個直列に接続した島状半導体層を有し、島状半導体層を複数個、例えばM×N個(M、Nは正の整数)備えるメモリセルアレイにおいて、半導体基板に平行に配置される複数、例えばM本の第4の配線が島状半導体層の各々の一方の端部に接続し、他方の端部には第1の配線が接続しており、また半導体基板に平行で、かつ第4の配線と交差する方向に配置される複数個、例えばN×2個の第3の配線はメモリセルの第3の電極と接続している場合において、第1の配線を第3の配線と平行に配置し、チャネルホットエレクトロン(以下CHEと称す)を用いた書込み手法の一例について述べる。
【0063】
図60に上記メモリセルアレイ構造の等価回路を示す。
選択セルの電荷蓄積層に負の電荷を一定量以上蓄積することを書込みとする場合、例えばこの島状半導体層がp型半導体で形成される書込み動作は、選択セルを含む島状半導体層に接続する第1の電極に接続する第1の配線(1-j)に0Vを与え(jは1≦j≦Nの正の整数)、これ以外の第1の配線(≠1-j)に0Vを与え、選択セルを含む島状半導体層に接続する第4の電極に接続する第4の配線(4-i) (iは1≦i≦Mの正の整数)に12Vを与え、これ以外の第4の配線(≠4-i)に0Vを与え、選択セルに接続する第3の電極に接続する第3の配線(3-j-1)に12Vを与え、第3の配線の(3-j-1)を除く第3の配線(≠3-j-1)には5Vを与えることで、選択セルの高電位側拡散層近傍にCHEを発生させ、かつ、第3の配線(3-j-1)に印可される高電位により選択セルの電荷蓄積層へ発生した電子を注入させる。
【0064】
さらに、半導体記憶装置の消去動作原理を以下に示す。
本発明の半導体記憶装置のアレイ構造の一例として、ゲート電極として第2の電極を備えるトランジスタとゲート電極として第5の電極を備えるトランジスタを選択ゲート・トランジスタとして有し、選択ゲート・トランジスタの間に電荷蓄積層を有し制御ゲート電極として第3の電極を備えるメモリセルを複数個、例えばL個(Lは正の整数)、直列に接続した島状半導体層を有し、島状半導体層を複数個、例えばM×N個(M、Nは正の整数)備えるメモリセルアレイにおいて、半導体基板に平行に配置される複数、例えばM本の第4の配線が島状半導体層の各々の一方の端部に接続し、他方の端部には第1の配線が接続し、また半導体基板に平行で、かつ第4の配線と交差する方向に配置される複数個、例えばN×L個の第3の配線はメモリセルの第3の電極と接続している場合において、第1の配線を第3の配線と平行に配置し、F−N電流を用いた消去手法の一例について述べる。
【0065】
図61にこのメモリセルアレイ構造の等価回路を示す。
消去単位は1ブロックあるいはチップ一括で行う。選択セルの電荷蓄積層の電荷の状態を変化させ、選択セルの閾値を下げることを消去とする場合、例えば島状半導体層がp型半導体で形成される消去動作は、選択セルを含む島状半導体層に接続する第1の電極に接続する第1の配線(1-j)に20Vを与え(jは1≦j≦Nの正の整数)、これ以外の第1の配線第1の配線(≠1-j)に0Vを与え、選択セルを含む島状半導体層に接続する第4の電極に接続する第4の配線(4-i) (iは1≦i≦Mの正の整数)に20Vを与え、選択セルに接続する第3の電極に接続する第3の配線(3-j-h)(hは1≦h≦Lの正の整数)に0Vを与え、第3の配線(3-j-h)を除く第3の配線には0Vを与え、選択セルを含む島状半導体層に接続する第2の電極に接続する第2の配線(2-j)に20Vを与え、選択セルを含む島状半導体層に接続する第5の電極に接続する第5の配線(5-j)に20Vを与え、第2の配線(2-j)を除く第2の配線(≠2-j)と第5の配線(5-j)を除く第5の配線(≠5-j)の両方に0Vを与えることで、選択セルの電荷蓄積層内の電子をF−Nトンネリング現象により引き抜く。
【0066】
本発明の半導体記憶装置のアレイ構造の一例として、電荷蓄積層を有し制御ゲート電極として第3の電極を備えるメモリセルを2個直列に接続した島状半導体層を有し、この島状半導体層を複数個、例えばMN個(M、Nは正の整数)、備える場合で、かつ、このメモリセルアレイにおいて、半導体基板に平行に配置される複数、例えばM本の第4の配線が該島状半導体層の各々の一方の端部に接続し、他方の端部には第1の配線が接続しており、また半導体基板に平行で、かつ第4の配線と交差する方向に配置される複数個、例えばN×2個の第3の配線はメモリセルの第3の電極と接続している場合において、第1の配線を第3の配線と平行に配置し、 F−N電流を用いた消去手法の一例について述べる。
図60にこのメモリセルアレイ構造の等価回路を示す。
選択セルの電荷蓄積層の電荷の状態を変化させ、選択セルの閾値を下げることを消去とする場合、例えば島状半導体層がp型半導体で形成される消去動作は、選択セルを含む島状半導体層に接続する第1の電極に接続する第1の配線(1-j)に3Vを与え(jは1≦j≦Nの正の整数)、これ以外の第1の配線(≠1-j)に0Vを与え、選択セルを含む島状半導体層に接続する第4の電極に接続する第4の配線(4-i) (iは1≦i≦Mの正の整数)は開放状態にし、これ以外の第4の配線(≠4-i)は開放状態あるいは0Vを与え、選択セルに接続する第3の電極に接続する第3の配線(3-j-1)に−12Vを与え、第3の配線(3-j-2)に5Vを与え、その他の第3の配線には0Vを与えることで、選択セルの電荷蓄積層内の電子をF−Nトンネリング現象により引き抜く。
なお、上記の読出し、書込み及び消去は、N型半導体で形成される島状半導体層の場合のように、全ての電極の導電型が入れ替わっていてもよい。このときの電位の大小関係は上述したものに対して反対になる。また、上述の読出し、書込み及び消去の各動作例は、第1の配線を第3の配線と平行に配置した場合について述べたが、第1の配線を第4の配線と平行に配置した場合及び第1の配線をアレイ全体で共通にした場合においても、同様にそれぞれに対応する電位を与えることにより動作させることが可能である。
【0067】
電荷蓄積層として浮遊ゲートを有するメモリセル以外のものについて、以下に説明する。
図62及び図63は、図10及び図37〜図46で示されるMONOS構造のメモリセルアレイの一部分を示す等価回路図である。図62は一つの島状半導体層1110に配置されるMONOS構造のメモリセルアレイの等価回路図を示し、図63は、島状半導体層1110が複数配置される場合の等価回路をそれぞれ示している。
【0068】
以下、図62に示す等価回路について説明する。
ゲート電極として第12の電極12を備えるトランジスタとゲート電極として第15の電極15を備えるトランジスタを選択ゲート・トランジスタとして有し、この選択ゲート・トランジスタの間に電荷蓄積層として積層絶縁膜を有し、制御ゲート電極として第13の電極(13-h)(hは1≦h≦Lの正の整数、Lは正の整数)を備えるメモリセルを複数個、例えばL個、直列に接続した島状半導体層110において、第14の電極14が島状半導体層1110の各々の一方の端部に接続し、他方の端部には第11の電極11が接続する。
【0069】
図63に示す等価回路について説明する。
複数の島状半導体層1110が配置されるメモリセルアレイにおいて、図62で示される各島状半導体層1110に配置される各回路素子の電極と各配線の接続関係を示す。
この島状半導体層1110を複数個、例えばM×N個(M、Nは正の整数、またiは1≦i≦Mの正の整数、jは1≦j≦Nの正の整数)備えるメモリセルアレイにおいて、半導体基板に平行に配置される複数本、例えばM本の第14の配線が各々の島状半導体層1110に備える上述の第14の電極14とそれぞれ接続する。また、半導体基板に平行で、かつ第14の配線14と交差する方向に配置される複数本、例えばN×L本の第13の配線は各々のメモリセルの上述の第13の電極(13-h)(hは1≦h≦Lの正の整数)と接続する。第14の配線と交差する方向に配置される複数本、例えばN本の第11の配線が各々の島状半導体層1110に備える上述の第11の電極11と接続し、かつ、第11の配線を第13の配線と平行に配置する。また、半導体基板に平行で、かつ第14の配線14と交差する方向に配置される複数本、例えばN本の第12の配線は各々のメモリセルの上述の第12の電極12と接続し、かつ、同様に半導体基板に平行で、かつ第14の配線14と交差する方向に配置される複数本、例えばN本の第15の配線は各々のメモリセルの上述の第15の電極15と接続する。
【0070】
図64及び図65は、図11及び図53及び図54で示されるDRAM構造のメモリセルアレイの一部分を示す等価回路図である。
図64は、一つの島状半導体層1110に配置されるDRAM構造のメモリセルアレイの等価回路図を示す。図65は、島状半導体層1110が複数配置される場合の等価回路を示す。
【0071】
以下、図64に示す等価回路について説明する。
一つのトランジスタと一つのMISキャパシタを直列に接続することで一つのメモリセルが構成される。このメモリセルの一方の端部には第23の電極23が接続し、もう一方の端部には第21の電極21が接続し、かつゲート電極として第22の電極22を備えるメモリセルを、例えば2組、図64に示されるように接続し、一つの島状半導体層1110から2つの第21の電極(21-1)、(21-2)及び2つの第22の電極(22-1)、(22-2)がそれぞれ備えられ、島状半導体層1110の一方の端部に第23の電極23が備えられる。
【0072】
図65に示す等価回路について説明する。
複数の島状半導体層1110が配置されるメモリセルアレイにおいて、図64で示される各島状半導体層1110に配置される各回路素子の電極と各配線の接続関係を示す。
この島状半導体層1110を複数個、例えばM×N個(M、Nは正の整数、またiは1≦i≦Mの正の整数、jは1≦j≦Nの正の整数)備えるメモリセルアレイにおいて、半導体基板に平行に配置される複数本、例えばM本の第23の配線が各々の島状半導体層1110に備える上述の第23の電極23とそれぞれ接続する。また、半導体基板に平行で、かつ第23の配線23と交差する方向に配置される複数本、例えば2×N本の第22の配線は各々のメモリセルの上述の第22の電極(22-1)、(22-2)と接続する。また、第23の配線と交差する方向に配置される複数本、例えば2×N本の第21の配線が各々のメモリセルの上述の第21の電極(21-1)、(21-2)と接続する。
なお、図64及び図65では、一つの島状半導体層1110にメモリセルが2組配置される場合の一例を示したが、一つの島状半導体層1110に配置するメモリセルの数は3組以上でも、あるいは1組だけでもよい。
図64及び図65で示した等価回路は、島状半導体層1110の底部から順に、MISキャパシタ、トランジスタ、MISキャパシタ、トランジスタを配置した場合の一例であるが、他の配置の一例として島状半導体層1110の底部から順に、トランジスタ、MISキャパシタ、MISキャパシタ、トランジスタを配置した場合を以下に説明する。
【0073】
図66及び図67は、図11及び図49〜図52で示されるDRAM構造のメモリセルアレイの一部分を示す等価回路図である。
図66は、一つの島状半導体層1110に配置されるDRAM構造のメモリセルアレイの等価回路図を示し、図67は、島状半導体層1110が複数配置される場合の等価回路をそれぞれ示している。
【0074】
図66に示す等価回路について説明する。
メモリセルの構成は先の例と同様、一つのトランジスタと一つのMISキャパシタが直列に接続することで一つのメモリセルが構成され、このメモリセルの一方の端部には第23の電極23が接続し、もう一方の端部には第21の電極21が接続し、かつゲート電極として第22の電極22が接続する。このメモリセルが例えば2組、図66に示されるように接続し、一つの島状半導体層1110から2つの第21の電極(21-1)、(21-2)及び2つの第22の電極(22-1)、(22-2)がそれぞれ備えられ、島状半導体層1110の一方の端部に第23の電極23が備えられ、もう一方の端部に第24の電極24が備えられる。
【0075】
図67に示す等価回路について説明する。
複数の島状半導体層1110が配置されるメモリセルアレイにおいて、図66で示される各島状半導体層1110に配置される各回路素子の電極と各配線の接続関係を示す。
この島状半導体層1110を複数個、例えばM×N個(M、Nは正の整数、またiは1≦i≦Mの正の整数、jは1≦j≦Nの正の整数)備えるメモリセルアレイにおいて、半導体基板に平行に配置される複数本、例えばM本の第23の配線が各々の島状半導体層1110に備える上述の第23の電極23とそれぞれ接続する。また、同様に半導体基板に平行に配置される複数本、例えばM本の第24の配線が各々の島状半導体層1110に備える上述の第24の電極24とそれぞれ接続する。また、半導体基板に平行で、かつ第23の配線23及び第24の配線24と交差する方向に配置される複数本、例えば2×N本の第22の配線は各々のメモリセルの上述の第22の電極(22-1)、(22-2)と接続する。また、同様に第23の配線23及び第24の配線24と交差する方向に配置される複数本、例えば2×N本の第21の配線が各々のメモリセルの上述の第21の電極(21-1)、(21-2)と接続する。
【0076】
図68及び図69は、図33〜図36及び図47及び図48で示されるメモリセルアレイの一部分を示す等価回路図である。このメモリセルアレイは、各トランジスタ間に拡散層1720が配置されず、さらにメモリ・トランジスタ及び選択ゲート・トランジスタのゲート電極である1500、1510、1520の間に配置する第三の導電膜である多結晶シリコン膜1530を形成したものである。図68は、一つの島状半導体層1110に配置される構造として、各メモリ・トランジスタ及び選択ゲート・トランジスタのゲート電極の間に配置する第三の導電膜である多結晶シリコン膜1530が形成される場合のメモリセルアレイの等価回路図を示し、図69は、島状半導体層1110が複数配置される場合の等価回路をそれぞれ示している。
【0077】
図68に示す等価回路について説明する。
ゲート電極として第32の電極32を備えるトランジスタとゲート電極として第35の電極35を備えるトランジスタを選択ゲート・トランジスタとして有し、この選択ゲート・トランジスタの間に電荷蓄積層を有し、制御ゲート電極として第33の電極(33-h)(hは1≦h≦Lの正の整数、Lは正の整数)を備えるメモリセルを複数個、例えばL個、直列に配置し、かつ、各トランジスタの間にゲート電極として第36の電極を備えるトランジスタを配置した島状半導体層1110において、第34の電極34がこの島状半導体層1110の各々の一方の端部に接続し、他方の端部には第31の電極31が接続し、かつ複数の36の電極が全て一つに接続し、第36の電極36として島状半導体層1110に備えられる。
【0078】
図69に示す等価回路について説明する。
複数の島状半導体層1110が配置されるメモリセルアレイにおいて、図68で示される各島状半導体層1110に配置される各回路素子の電極と各配線の接続関係を示す。
この島状半導体層1110を複数個、例えばM×N個(M、Nは正の整数、またiは1≦i≦Mの正の整数、jは1≦j≦Nの正の整数)備えるメモリセルアレイにおいて、半導体基板に平行に配置される複数本、例えばM本の第34の配線が各々の島状半導体層1110に備える上述の第34の電極34とそれぞれ接続する。また、半導体基板に平行で、かつ第34の配線34と交差する方向に配置される複数本、例えばN×L本の第33の配線は各々のメモリセルの上述の第33の電極(33-h)と接続する。また、第34の配線と交差する方向に配置される複数本、例えばN本の第31の配線が各々の島状半導体層1110に備える上述の第31の電極31と接続し、かつ、第31の配線を第33の配線と平行に配置する。また、半導体基板に平行で、かつ第34の配線34と交差する方向に配置される複数本、例えばN本の第32の配線は各々のメモリセルの上述の第32の電極32と接続し、かつ、同様に半導体基板に平行で、かつ第34の配線34と交差する方向に配置される複数本、例えばN本の第35の配線は、各々のメモリセルの上述の第35の電極35と接続する。また各々の島状半導体層1110に備える上述の第36の電極36は第36の配線によって全て一つに接続する。
なお、各々の島状半導体層1110に備える上述の第36の電極36は第36の配線によって全て一つに接続しなくてもよく、第36の配線によってメモリセルアレイを2つ以上に分割して接続してもよい。つまり各々の第36の電極を、例えばブロック毎に接続するような構造をとってもよい。
【0079】
図70及び図71は、図12及び図55〜図58で示されるSRAM構造のメモリセルアレイの一部分を示す等価回路図であり、メモリセルを構成するトランジスタはNMOSのみで構成される例を示している。
図70は、隣接する2つの島状半導体層1110に配置される1つのSRAM構造のメモリセルの等価回路図を示し、図71は、このメモリセルが複数配置される場合の等価回路をそれぞれ示している。
【0080】
図70に示す等価回路について説明する。
ゲート電極として第43の電極及び第45の電極を備えるトランジスタをそれぞれ直列に配置した島状半導体層110が2つ隣接して配置され、かつ、これら4個のトランジスタが図70に示されるように互いに接続する。詳しくは、第43の電極(43-2)をゲート電極とするトランジスタの第46の電極(46-2)と第45の電極(45-1)が接続し、第43の電極(43-1)をゲート電極とするトランジスタの第46の電極(46-1)と第45の電極(45-2)が接続する。また、この隣接する2つの島状半導体層1110において、一つの島状半導体層1110の一方の端部に第44の電極(44-1)が接続し、もう一つの島状半導体層1110の一方の端部に第44の電極(44-2)が接続する。また、この2つの島状半導体層1110において、第44の電極(44-1)及び(44-2)が接続しない他方の端部には共通の電極として第41の電極41が接続する。2個の高抵抗素子がこれら4個のトランジスタと図70に示されるように接続し、トランジスタと接続しない側の端部には共通の電極として第42の電極42が接続する。
【0081】
図71に示す等価回路について説明する。
複数の島状半導体層1110が配置されるメモリセルアレイにおいて、図70で示される隣接する2つの島状半導体層1110を単位に配置される各回路素子の電極と各配線の接続関係を示す。
この島状半導体層1110を複数個、例えば2×M×N個(M、Nは正の整数、またiは1≦i≦Mの正の整数、jは1≦j≦Nの正の整数)備えるメモリセルアレイにおいて、半導体基板に平行に配置される複数本、例えば2×M本の第44の配線が各々の島状半導体層1110に備える上述の第44の電極(44-1)、(44-2)とそれぞれ接続する。また、半導体基板に平行で、かつ、第44の配線44と交差する方向に配置される複数本、例えばN本の第43の配線は各々のメモリセルの上述の第43の電極(43-1)、(43-2)と接続する。第44の配線と交差する方向に配置される複数本、例えばN本の第41の配線が各々の島状半導体層1110に備える上述の第41の電極41と接続する。なお、第41の配線は各々の島状半導体層1110に備える上述の第41の電極41に全て共通に接続を行ってもよい。各々の高抵抗素子の上述の第42の電極42は、第42の配線によって全て一つに接続してもよい。
なお、メモリセルを構成するトランジスタはPMOSのみで構成してもよいし、上述の高抵抗素子に代えて、第43あるいは第45の電極をゲート電極とするトランジスタと反対の導電型のトランジスタとしてもよい。
【0082】
また、選択ゲートトランジスタと選択ゲートトランジスタに隣接するメモリセルおよび隣接するメモリセル同士が不純物拡散層を介して繋がっておらず、代わりに選択トランジスタとメモリセルおよびメモリセル同士の間隔が約30nm以下と選択トランジスタとメモリセルおよびメモリセル同士が不純物拡散層を介して接続されている場合に比べて非常に接近した構造を有するメモリセルの動作原理について、以下に述べる。
隣接する素子が十分接近していると、選択ゲートトランジスタのゲートやメモリセルの制御ゲートに印加される閾値以上の電位により形成するチャネルは隣接する素子のチャネルと接続し、全ての素子のゲートに閾値以上の電位が与えられる場合、全ての素子をチャネルは繋がることになる。この状態は選択トランジスタとメモリセルやメモリセルが不純物拡散層を介して接続されている場合とほぼ等価なため、動作原理も選択トランジスタとメモリセルやメモリセルが不純物拡散層を介して接続されている場合と同様である。
さらに、選択ゲートトランジスタやメモリセルが不純物拡散層を介して繋がっておらず、代わりに選択トランジスタとメモリセルやメモリセルのゲート電極の間に第三の導電膜が配置された構造を有するメモリセルの動作原理について述べる。
第三の導電膜は各素子の間に位置し、絶縁膜、例えばシリコン酸化膜を介して島状半導体層と接続している。即ち、第三の導電膜と該絶縁膜と島状半導体層はMISキャパシタを形成している。第三の導電膜に島状半導体層とこの絶縁膜との界面に反転層が形成するような電位を与えるとチャネルが形成する。形成したチャネルは隣接する素子にとっては各素子を接続する不純物拡散層と同じ働きをする。そのため、第三の導電膜にチャネルを形成し得る電位が与えられている場合、選択ゲートトランジスタやメモリセルが不純物拡散層を介して接続している場合と同様の動作となる。また、第三の導電膜にチャネルを形成し得る電位が与えられていなくても、例えば島状半導体層がp型半導体の場合、電荷蓄積層から電子を引き抜く際、選択ゲートトランジスタやメモリセルが不純物拡散層を介して接続している場合と同様の動作となる。
【0083】
メモリセルアレイの製造方法における実施の形態
電荷蓄積層もしくは制御ゲートを形成した後、電荷蓄積層と半導体基板もしくは半導体層の間に形成される絶縁膜を一括で形成し、この絶縁膜の側面に活性領域となる半導体層を柱状に形成する方法について、以下に説明する。また、サイドウオール状のゲート電極を作る際、隣接する溝部に絶縁膜を予め埋め込み形成し、この絶縁膜をマスクに横方向成分のエッチングを行うことで、ゲート電極材料堆積膜厚程度のエッチングにてゲート電極を制御よく形成する。
【0084】
製造例1
この実施の形態で形成する半導体記憶装置は、電荷蓄積層として浮遊ゲートを複数形成し、且つ、選択ゲート及び制御ゲートを形成した後、トンネル酸化膜を形成し、選択エピタキシャルシリコン成長により柱状に島状半導体層を形成し、島状半導体層を半導体基板に対して電気的にフローテイング状態とし、各々のメモリセルの活性領域を電気的にフローテイング状態とする半導体記憶装置において、島状半導体層の上部と下部に選択ゲート・トランジスタを配置し、選択ゲート・トランジスタに挟まれてメモリ・トランジスタを複数個、例えば2個配置し、各々メモリ・トランジスタのトンネル酸化膜を一括に形成し、各々トランジスタを島状半導体層に沿って直列に接続し、且つ、選択ゲート・トランジスタのゲート絶縁膜厚がメモリ・トランジスタのゲート絶縁膜厚と等しい構造である。
【0085】
このような半導体記憶装置は以下の製造方法により形成することができる。
なお、図72〜図96及び図97〜図121は、それぞれEEPROMのメモリセルアレイを示す図1のA−A’及びB−B’断面図である。
まず、p型シリコン基板1100の表面に注入保護膜となる、例えば第一の絶縁膜としてシリコン酸化膜1410を2〜20nm堆積し、イオン注入を利用してp型シリコン基板1100に第一の不純物層1710の導入を行う(図72及び図97)。例えば、0〜7°程度傾斜した方向から5〜100 keVの注入エネルギー、砒素1×1014〜1×1016/cm2程度のドーズが挙げられる。また、イオン注入に代えて、CVD法により砒素を含む酸化膜を堆積し、その酸化膜からの砒素拡散を利用してもよい。p型シリコン基板1100の最表面に第一の不純物層1710が導入されなくてもよい。
【0086】
つづいて、公知のフォトリソグラフィ技術によりパターンニングされたレジストR5をマスクとして用いて(図73及び図98)、例えば反応性イオンエッチングにより第一の絶縁膜1410およびp型シリコン基板1100を第一の不純物層1710が分割されるように200nm〜2000nmエッチングして第二の溝部1220を形成する。
レジストR5を除去した(図74及び図99)後、第二の溝部1220に第五の絶縁膜として、例えばシリコン酸化膜1420を100nm〜300nm堆積し、エッチバックにより埋めこむ。第五の絶縁膜であるシリコン酸化膜1420を埋めこむ方法は、等方性エッチングを用いたエッチバックでもよいし、異方性エッチングを用いたエッチバックでもよいし、CMPを用いた平坦化埋めこみでもよく、種々組み合わせてもよい。このとき第五の絶縁膜であるシリコン酸化膜1420はシリコン窒化膜でもよい。また、第一の絶縁膜であるシリコン酸化膜1410は除去されてもよいし残存してもよい。
例えば、第一の絶縁膜であるシリコン酸化膜1410を除去した場合、次にp型シリコン基板1100もしくは第一の不純物層1710上に第二の絶縁膜として、例えばシリコン窒化膜1310を2000〜20000nm形成する(図75及び図100)。
【0087】
次に、公知のフォトリソグラフィ技術によりパターンニングされたレジスト R6をマスクとして用いて(図76及び図101)、例えば反応性イオンエッチングにより第二の絶縁膜であるシリコン窒化膜1310をエッチングして、格子縞状の第四の溝部1240を形成する。その後、格子縞状の第四の溝部1240にCVD法により、第五の絶縁膜として、例えばシリコン酸化膜1421を50〜500nm堆積する。
その後、第四の溝部1240の所望の深さまで、例えば等方性エッチングにより第五の絶縁膜である酸化膜1421を埋め込み(図77及び図102)、第二の絶縁膜であるシリコン窒化膜1310の表面に、第四の絶縁膜として、例えばシリコン酸化膜1431を1〜10nm、つづいて、第一の導電膜となる、例えば多結晶シリコン膜1511を100〜500nm程度堆積する(図78及び図103)。
【0088】
つぎに、第一の導電膜である多結晶シリコン膜1511をエッチバックし、所望の高さのサイドウオールを形成する(図79及び図104)。このとき、図1のA−A'方向について予め所定の値以下に設定しておくことによって、マスク工程を用いることなく、その方向に連続する選択ゲート線となる第二の配線層として形成される。
その後、第四の溝部1240に第五の絶縁膜として、例えばシリコン酸化膜1422を50〜500nm堆積する。その後、第四の溝部1240の所望の深さまで、例えば等方性エッチングにより第五の絶縁膜であるシリコン酸化膜1422を埋めこんだ後、第二の絶縁膜であるシリコン窒化膜1310の表面に第四の絶縁膜として、例えばシリコン酸化膜1432を1〜10nm堆積し(図80及び図105)、つづいて、第一の導電膜となる、例えば多結晶シリコン膜1512を50〜200nm程度堆積する(図81及び図106)。
【0089】
同様に、第一の導電膜である多結晶シリコン膜1512をエッチバックし、所望の高さのサイドウオールを形成する(図82及び図107)。このとき、第一の導電膜である多結晶シリコン膜1512は、第二の絶縁膜であるシリコン窒化膜1310の周囲に形成され、第二の絶縁膜であるシリコン窒化膜1310の各々の周囲に形成されている第一の導電膜である多結晶シリコン膜1512はそれぞれ分離された状態となっている。
つづいて、第一の導電膜である多結晶シリコン膜1512の表面に層間絶縁膜1612を形成する(図83及び図108)。この層間絶縁膜1612は、例えばONO膜とする。具体的には熱酸化法により多結晶シリコン膜表面に5〜10nmのシリコン酸化膜とCVD法により5〜10nmのシリコン窒化膜とさらに5〜10nmのシリコン酸化膜を順次堆積する。
【0090】
次いで、同様に第二の導電膜となる、例えば多結晶シリコン膜1522を15〜150nm堆積し(図84及び図109)、堆積膜厚相当エッチバックすることで、第五の絶縁膜であるシリコン酸化膜1422上の層間絶縁膜1612を露出しつつ、第一の導電膜である多結晶シリコン膜1512の側部に層間絶縁膜1612を介して第ニの導電膜である多結晶シリコン膜1522を配置させる。このとき第二の絶縁膜であるシリコン窒化膜1310の周囲には第二の導電膜である多結晶シリコン膜1526が残存しており、第二の導電膜である多結晶シリコン膜1522と多結晶シリコン膜1526は分離されていることが好ましい(図85及び図110)。このとき、図1のA―A’方向について予め所定の値以下に設定しておくことによって、マスク工程を用いることなく、その方向に連続する制御ゲート線となる第三の配線層として形成される。
その後、第四の溝部1240に第五の絶縁膜として、例えばシリコン酸化膜1423を50〜500nm堆積する。その後、第四の溝部の所望の深さまで、例えば等方性エッチングにより第五の絶縁膜である酸化膜1423を埋めこんだ後(図86及び図111)、第五の絶縁膜であるシリコン酸化膜1423をマスクに等方性エッチングなどにより露出している第二の導電膜である多結晶シリコン膜1526を除去する(図87及び図112)。この際、第二の導電膜である多結晶シリコン膜1526の膜厚程度のエッチングであれば十分であり、これによりプロセスばらつきが低減できる。
【0091】
つづいて、第二の絶縁膜であるシリコン窒化膜1310と第五の絶縁膜であるシリコン酸化膜1423に挟まれる部位に残存する第二の導電膜である多結晶シリコン膜1526を等方性エッチングもしくは異方性エッチングにより除去する(図88及び図113)。
その後、第二の絶縁膜であるシリコン窒化膜1310と第五の絶縁膜であるシリコン酸化膜1423に挟まれる部位に埋めこむように、第六の絶縁膜として、例えばシリコン酸化膜1483を8〜80nm堆積する。このとき、第六の絶縁膜であるシリコン酸化膜1483の膜厚は第二の導電膜である多結晶シリコン膜1522の堆積膜厚の約半分以上であればよい(図89及び図114)。
次いで、堆積膜厚相当の等方性エッチングを行うことで、第二の絶縁膜であるシリコン窒化膜1310の側部にある層間絶縁膜1612を露出させつつ、第四の溝部1240に第六の絶縁膜であるシリコン酸化膜1483の埋めこむ。
なお、第二の導電膜として多結晶シリコン膜1522を形成する場合についてのべたが、単純に堆積と異方性エッチングの組み合わせでサイドウオール状に形成してもよい。その後、第五の絶縁膜であるシリコン酸化膜1423をマスクに、例えば等方性エッチングにて層間絶縁膜1612を部分的に除去する(図90及び図115)。
【0092】
同様に繰り返すことで第一の導電膜となる、例えば多結晶シリコン膜1513の側部に層間絶縁膜1613を介して第二の導電膜となる例えば多結晶シリコン膜1523を配置させ、さらに第二の導電膜である多結晶シリコン膜1523を第五の絶縁膜となるシリコン酸化膜1424および第六の絶縁膜となるシリコン酸化膜1484で埋設する(図91及び図116)。最上段の第一の導電膜となる、例えば多結晶シリコン膜1514においては最下段の第一の導電膜である多結晶シリコン膜1511と同様に第一の導電膜である多結晶シリコン膜1514をエッチバックする。
【0093】
その後、第五の絶縁膜となる例えばシリコン酸化膜1425を50〜500nm堆積し、例えばエッチバックもしくはCMP法などにより第二の絶縁膜であるシリコン窒化膜1310の上部を露出させる。(図92及び図117)。このとき、第五の絶縁膜であるシリコン酸化膜1425は、例えばシリコン窒化膜でもよい。
次いで、第二の絶縁膜であるシリコン窒化膜1310を、例えば等方性エッチングにより選択的に除去し、第一の溝部1210を形成する。つづいて、例えばCVD法を用いて第一の溝部1210の内壁に、例えば10nm程度のトンネル酸化膜となる第三の絶縁膜としてシリコン酸化膜1440を形成する(図93及び図118)。ここで、第三の絶縁膜であるシリコン酸化膜1440はCVD酸化膜に限らず、熱酸化膜もしくは、窒素酸化膜でもよい。
つづいて、第一の不純物拡散層1710もしくはp型シリコン基板1100上にある第三の絶縁膜であるシリコン酸化膜1440を選択的に除去する。例えば、異方性エッチングにより第一の溝部1210の側壁部のみにサイドウオール状に第三の絶縁膜であるシリコン酸化膜1440を残存させる(図94及び図119)。
【0094】
その後、熱処理などにより、第三の絶縁膜であるシリコン酸化膜1440のトリートメント処理などを施す。例えば、800〜1000℃の窒素雰囲気にて、10分から100分のアニ−ル処理を施す。このとき窒素以外のガス、例えば酸素などを添加してもよい。第三の絶縁膜であるシリコン酸化膜1440の処理後の膜厚は10nm程度となることが好ましい。
次いで、任意に、第一の不純物拡散層1710もしくはp型シリコン基板1100表面に形成された酸化膜を、例えば希釈HFなどにより除去し、第一の溝部1210に島状半導体層1721〜1725および1111〜1114を埋めこむ。例えば、第一の溝部1210の底部に位置する第一の不純物拡散層1710もしくはp型シリコン基板1100より半導体層を選択的にエピタキシャル成長させる。このとき下層よりN型半導体層1721、P型半導体層1111、N型半導体層1722、P型半導体層1112、N型半導体層1723、P型半導体層1113、N型半導体層1724、P型半導体層1114、N型半導体層1725を順次積層する(図95及び図120)。N型半導体層1721〜1725の濃度は砒素1×1018〜1×1021/cm3程度のドーズで形成し、P型である半導体層1111〜1114は硼素1×1015〜1×1017/cm3程度のドーズで形成する。また、N型半導体層1721と1722は第一の導電膜である多結晶シリコン膜1511と第三の絶縁膜であるシリコン酸化膜1440を介して重なりを有することが好ましく、同様に、N型半導体層1722と1723は第一の導電膜である多結晶シリコン膜1512、N型半導体層1723と1724は第一の導電膜である多結晶シリコン膜1513、N型半導体層1724と1725は第一の導電膜である多結晶シリコン膜1514とそれぞれ第三の絶縁膜であるシリコン酸化膜1440を介して重なりを有することが好ましい。
【0095】
その後、例えばエッチバックもしくはCMP法などによりN型半導体層1725を後退させ、第五の絶縁膜であるシリコン酸化膜1425を露出させ、N型半導体層1725を各々分離形成させる。その後、第四の配線層を第二もしくは第三の配線層と方向が交差するようN型半導体層1725の上部と接続する。
次いで、公知の技術により層間絶縁膜を形成しコンタクトホールおよびメタル配線を形成する。これにより、第一の導電膜となる多結晶シリコン膜を浮遊ゲートとする電荷蓄積層に蓄積される電荷状態によってメモリ機能を有する半導体記憶装置が完成する。
【0096】
この製造例では、第二の絶縁膜であるシリコン窒化膜1310のような半導体基板もしくは多結晶シリコン膜の表面に形成される膜は、シリコン表面側からシリコン酸化膜/シリコン窒化膜の複層膜としてもよい。また、第一の導電膜である多結晶シリコン膜1511〜1514および第二の導電膜である多結晶シリコン膜1522、1523の不純物の導入は、多結晶シリコン膜の成膜時に行ってもよいし、成膜後もしくはサイドウオール形成後に行ってもよいし、導電膜としてなれば導入時期は制限されない。
なお、この製造例では、マスクを用いることなく各メモリセルの制御ゲートを一方向について連続するように形成した。これは、島状半導体層の配置が対称的でない場合に初めて可能である。すなわち、第二もしくは第三の配線層方向の島状半導体層との隣接間隔を、第四の配線層方向のそれより小さくすることにより、第四の配線層方向には分離され、第二もしくは第三の配線層方向に繋がる配線層がマスクなしで自動的に得られる。これに対して、例えば、島状半導体層の配置を対称にした場合にはフォトリソグラフィによりレジストのパターンニング工程により配線層の分離を行ってもよい。
【0097】
また、複数のメモリセル部の上部と下部に選択ゲートを配置することでメモリセルトランジスタが過剰消去の状態、すなわち、読み出し電圧が0Vであってしきい値が負の状態になり、非選択セルでもセル電流が流れる現象を防止することができる。
電荷蓄積層は、必ずしも浮遊ゲート構造である必要はなく、電荷蓄積を積層絶縁膜へのトラップにより実現してもよい。例えばMNOSおよびMONOS構造の場合においてもこの製造例は有効である。ここでいう積層絶縁膜としては、例えばトンネル酸化膜とシリコン窒化膜の積層構造もしくはそのシリコン窒化膜表面にさらにシリコン酸化膜を形成した構造が挙げられる。
【0098】
製造例2
この実施の形態で形成する半導体記憶装置は、選択ゲート及び制御ゲートを形成した後、電荷蓄積層として積層絶縁膜を形成し、選択エピタキシャルシリコン成長により柱状に島状半導体層を形成し、該島状半導体層を半導体基板に対して電気的にフローテイング状態とし、各々のメモリセルの活性領域を電気的にフローテイング状態とする半導体記憶装置において、島状半導体層の上部と下部に選択ゲート・トランジスタを配置し、選択ゲート・トランジスタに挟まれてメモリ・トランジスタを複数個、例えば2個配置し、各々メモリ・トランジスタのトンネル酸化膜は一括に形成され、各々トランジスタを該島状半導体層に沿って直列に接続し、且つ、選択ゲート・トランジスタのゲート絶縁膜厚がメモリ・トランジスタのゲート絶縁膜厚と等しい構造である。
【0099】
このような半導体記憶装置は以下の製造方法により形成することができる。なお、図122〜図139及び図140〜図157は、それぞれNMOS又はMONOSのメモリセルアレイを示す図10のA−A’及びB−B’断面図である。レジストR6をマスクとして用いて、例えば反応性イオンエッチングにより第二の絶縁膜であるシリコン窒化膜1310をエッチングして、格子縞状の第四の溝部1240を形成する(図122〜図126及び図140〜144)までは製造例1(図72〜図96及び図97〜図121)と同じである。
【0100】
その後、格子縞状の第四の溝部1240にCVD法により第五の絶縁膜として、例えばシリコン酸化膜1421を50〜500nm堆積する。
その後、第四の溝部1240の所望の深さまで、例えば等方性エッチングにより第五の絶縁膜である酸化膜1421を埋め込みを行い(図127及び図145)、第二の絶縁膜であるシリコン窒化膜1310の表面に第四の絶縁膜として、例えばシリコン酸化膜1431を1〜10nm、つづいて、第一の導電膜となる、例えば多結晶シリコン膜1511を100〜500nm程度堆積する(図128及び図146)。
【0101】
次に、第一の導電膜である多結晶シリコン膜1511をエッチバックし、所望の高さのサイドウオールを形成する(図129及び図147)。このとき、図10のA−A'方向について予め所定の値以下に設定しておくことによって、マスク工程を用いることなく、その方向に連続する選択ゲート線となる第二の配線層として形成される。
その後、第四の溝部1240に第五の絶縁膜として、例えばシリコン酸化膜1422を50〜500nm堆積する。次いで、第四の溝部1240の所望の深さまで、例えば等方性エッチングにより第五の絶縁膜であるシリコン酸化膜1422を埋め込む(図130及び図148)。
【0102】
同様に繰り返すことで第一の導電膜となる、例えば多結晶シリコン膜1512、第五の絶縁膜となる、例えばシリコン酸化膜1423、第一の導電膜となる、例えば多結晶シリコン膜1513、第五の絶縁膜となる、例えばシリコン酸化膜1424、第一の導電膜となる、例えば多結晶シリコン膜1514、第五の絶縁膜となる、例えばシリコン酸化膜1425を順次形成する(図131及び図149)。
その後、例えばエッチバックもしくはCMP法などにより第二の絶縁膜であるシリコン窒化膜1310の上部を露出させる(図132及び図150)。このとき、第五の絶縁膜であるシリコン酸化膜1425は、例えばシリコン窒化膜でもよい。
次いで、第二の絶縁膜であるシリコン窒化膜1310を、例えば等方性エッチングにより選択的に除去し、第一の溝部1210を形成する。
つづいて、例えばCVD法を用いて第一の溝部1210の内壁に、例えば10nm程度のゲート酸化膜となる第三の絶縁膜としてシリコン酸化膜1440を形成する。ここで、第三の絶縁膜であるシリコン酸化膜1440はCVD酸化膜に限らず、熱酸化膜もしくは、窒素酸化膜でもよい。
次に、第一の不純物拡散層1710もしくはp型シリコン基板1100上にある第三の絶縁膜であるシリコン酸化膜1440を選択的に除去する。例えば、異方性エッチングにより第一の溝部1210の側壁部のみにサイドウオール状に第三の絶縁膜であるシリコン酸化膜1440を残存させる(図133及び図151)。
【0103】
その後、熱処理などにより、第三の絶縁膜であるシリコン酸化膜1440のトリートメント処理などを施す。例えば、800〜1000℃の窒素雰囲気にて、10分から100分のアニ−ル処理を施す。このとき窒素以外のガス、例えば酸素などを添加してもよい。第三の絶縁膜であるシリコン酸化膜1440の処理後の膜厚は10nm程度となることが好ましい。
さらに、任意に、第一の不純物拡散層1710もしくはp型シリコン基板1100表面に形成された酸化膜を、例えば希釈HFなどにより除去し、第一の溝部1210に島状半導体層1721〜1722‐1および1111を埋めこむ。例えば第一の溝部1210の底部に位置する第一の不純物拡散層1710もしくはp型シリコン基板1100より半導体層を選択的にエピタキシャル成長させる。このとき下層よりN型半導体層1721、P型半導体層1111、N型半導体層1722‐1を順次積層する(図134及び図152)。N型半導体層1721〜1722‐1の濃度は砒素1×1018〜1×1021/cm3程度のドーズで形成し、P型である半導体層1111は硼素1×1015〜1×1017/cm3程度のドーズで形成する。また、N型半導体層1721と1722‐1は第一の導電膜である多結晶シリコン膜1511と第三の絶縁膜であるシリコン酸化膜1440を介して重なりを有することが好ましい。さらにN型半導体層1722‐1は第一の導電膜である多結晶シリコン膜1512と重なりをもたない程度に形成するのが好ましい。
【0104】
その後、N型半導体層1722‐1をマスクに第三の絶縁膜であるシリコン酸化膜1440を部分的に除去する。
続いて、第一の溝部1210の内壁に電荷蓄積層となる積層絶縁膜1620を形成する(図135及び図153)。ここで積層絶縁膜がMNOS構造の場合においては、例えばCVD法により多結晶シリコン膜表面に4〜10nmのシリコン窒化膜と2〜5nmのシリコン酸化膜を順次堆積してもよし、CVD法により多結晶シリコン膜表面に4〜10nmのシリコン窒化膜を堆積し、このシリコン窒化膜の表面を酸化することで2〜5nmのシリコン酸化膜を形成してもよい。また、MONOS構造の場合においては例えば多結晶シリコン膜表面にCVD法により2〜5nmのシリコン酸化膜とCVD法により4〜8nmのシリコン窒化膜と2〜5nmのシリコン酸化膜を順次堆積してもよいし、多結晶シリコン膜表面に2〜5nmのシリコン酸化膜とCVD法により4〜10nmのシリコン窒化膜を順次堆積し、さらにシリコン窒化膜表面を酸化することで2〜5nmのシリコン酸化膜を形成してもよいし、多結晶シリコン膜表面を酸化することで2〜5nmのシリコン酸化膜を形成してもよいし、以上の手法を種々組み合わせてもよい。
次いで、N型半導体層1722‐1上にある積層絶縁膜1620を選択的に除去する。例えば、異方性エッチングにより第一の溝部1210の側壁部のみにサイドウオール状に積層絶縁膜1620を残存させる(図136及び図154)。その後、熱処理などにより、積層絶縁膜1620のトリートメント処理などを施してもよい。
つづいて、前述と同様に第一の溝部1210に島状半導体層1722‐2〜1724‐1および1112〜1113を埋めこむ。例えば第一の溝部1210の底部に位置する島状半導体層1722‐1より半導体層を選択的にエピタキシャル成長させる。このとき下層よりN型半導体層1722‐2、P型半導体層1112、N型半導体層1723、P型半導体層1113、N型半導体層1724−1を順次積層していく。N型半導体層1722−2〜1724−1の濃度は先程と同様に砒素1×1018〜1×1021/cm3程度のドーズで形成し、P型である半導体層1112〜1113は硼素1×1015〜1×1017/cm3程度のドーズで形成する。また、N型半導体層1722−2と1723は第一の導電膜である多結晶シリコン膜1512と積層絶縁膜1620を介して重なりを有することが好ましく、同様に、N型半導体層1723と1724−1は第一の導電膜である多結晶シリコン膜1513と積層絶縁膜1620を介して重なりを有することが好ましい。さらにN型半導体層1724‐1は第一の導電膜である多結晶シリコン膜1514と重なりをもたない程度に形成するのが好ましい。
【0105】
その後、N型半導体層1724‐1をマスクに積層絶縁膜1620を部分的に除去する。つづいて、例えばCVD法を用いて第一の溝部1210の内壁に例えば10nm程度のゲート酸化膜となる第三の絶縁膜としてシリコン酸化膜1444を形成する。ここで、第三の絶縁膜であるシリコン酸化膜1444はCVD酸化膜に限らず、熱酸化膜もしくは、窒素酸化膜でもよい。
つづいて、島状半導体層1724‐1上にある第三の絶縁膜であるシリコン酸化膜1444を選択的に除去する。例えば、異方性エッチングにより第一の溝部1210の側壁部のみにサイドウオール状に第三の絶縁膜であるシリコン酸化膜1444を残存させる(図137及び図155)。
その後、熱処理などにより、第三の絶縁膜であるシリコン酸化膜1444のトリートメント処理などを施す。つづいて、前述と同様に第一の溝部1210に島状半導体層1724‐2〜1725および1114を埋めこむ。例えば第一の溝部1210の底部に位置する島状半導体層1724‐1より半導体層を選択的にエピタキシャル成長させる。このとき下層よりN型半導体層1724‐2、P型半導体層1114、N型半導体層1725を順次積層していく(図138及び図156)。N型半導体層1724−2〜1725の濃度は、先程と同様に砒素1×1018〜1×1021/cm3程度のドーズで形成し、P型である半導体層1114は硼素1×1015〜1×1017/cm3程度のドーズで形成する。また、N型半導体層1724−2と1725は第一の導電膜である多結晶シリコン膜1514と第三の絶縁膜であるシリコン酸化膜1444を介して重なりを有することが好ましい。その後、例えばエッチバックもしくはCMP法などによりN型半導体層1725を後退させ、第五の絶縁膜であるシリコン酸化膜1425を露出させ、N型半導体層1725を各々分離形成させる。その後、第四の配線層を第二もしくは第三の配線層と方向が交差するようN型半導体層1725の上部と接続する。
さらに、公知の技術により層間絶縁膜を形成し、コンタクトホールおよびメタル配線を形成する。これにより、積層絶縁膜で構成される電荷蓄積層に蓄積される電荷状態によってメモリ機能を有する半導体記憶装置が実現する。
【0106】
この製造例では、半導体基板もしくは多結晶シリコン膜の表面に形成される第二の絶縁膜であるシリコン窒化膜1310は、シリコン表面側からシリコン酸化膜/シリコン窒化膜の複層膜としてもよい。また、第一の導電膜である多結晶シリコン膜1511〜1514および第二の導電膜である多結晶シリコン膜1522、1523の不純物の導入は多結晶シリコン膜の成膜時に行ってもよいし、成膜後もしくはサイドウオール形成後に行ってもよいし、導電膜としてなれば導入時期は制限されない。
なお、この製造例では、マスクを用いることなく各メモリセルの制御ゲートを一方向について連続するように形成した。これは、島状半導体層の配置が対称的でない場合に初めて可能である。すなわち、第二もしくは第三の配線層方向の島状半導体層との隣接間隔を、第四の配線層方向のそれより小さくすることにより、第四の配線層方向には分離され、第二もしくは第三の配線層方向に繋がる配線層がマスクなしで自動的に得られる。これに対して、例えば、島状半導体層の配置を対称にした場合にはフォトリソグラフィによりレジストのパターンニング工程により配線層の分離を行ってもよい。
また、複数のメモリセル部の上部と下部に選択ゲートを配置することでメモリセルトランジスタが過剰消去の状態、すなわち、読み出し電圧が0Vであってしきい値が負の状態になり、非選択セルでもセル電流が流れる現象を防止することができる。
【0107】
製造例3
この製造例で形成する半導体記憶装置は、電荷蓄積層としてMISキャパシタとなるゲート及び選択ゲートを形成した後、ゲート酸化膜を形成し、選択エピタキシャルシリコン成長により柱状に島状半導体層を形成し、該島状半導体層を半導体基板に対して電気的にフローテイング状態とし、各々のメモリセルの活性領域を電気的にフローテイング状態とする半導体記憶装置において、島状半導体層の上部と下部に選択ゲート・トランジスタを配置し、選択ゲート・トランジスタに挟まれてメモリ・トランジスタを複数個、例えば2個配置し、各々メモリ・トランジスタのゲート酸化膜は一括に形成され、各々トランジスタを該島状半導体層に沿って直列に接続し、且つ、選択ゲート・トランジスタのゲート絶縁膜厚がメモリ・トランジスタのゲート絶縁膜厚と等しい構造である。
【0108】
このような半導体記憶装置は以下の製造方法により形成することができる。なお、図158〜図171及び図172〜図185は、それぞれDRAMのメモリセルアレイを示す図11のA−A’及びB−B’断面図である。
公知のフォトリソグラフィ技術によりパターンニングされたレジストR5をマスクとして用いて(図73及び図98参照)、例えば反応性イオンエッチングにより第一の絶縁膜1410およびp型シリコン基板1100を第一の不純物層1710が分割されるように200〜2000nmエッチングして後に連続するゲート線となる第二の配線層と交差する方向に第二の溝部1220を形成する以外は、製造例2(図122〜図133及び図140〜図151)と同様である(図158〜図169及び図172〜図183)。
その後、任意に、第一の不純物拡散層1710もしくはp型シリコン基板1100表面に形成された酸化膜を、例えば希釈HFなどにより除去し、第一の溝部1210に島状半導体層1721、1726、1727、1725および1111、1120、1114を埋めこむ。例えば第一の溝部1210の底部に位置する第一の不純物拡散層1710もしくはp型シリコン基板1100より半導体層を選択的にエピタキシャル成長させる。このとき下層よりN型半導体層1721、P型半導体層1111、N型半導体層1726、P型半導体層1120、N型半導体層1727、P型半導体層1114、N型半導体層1725を順次積層する(図170及び図184)。N型半導体層1721、1726、1727、1725の濃度は、砒素1×1018〜1×1021/cm3程度のドーズで形成し、P型である半導体層1111、1120、1114は硼素1×1015〜1×1017/cm3程度のドーズで形成する。N型半導体層1721と1726は第一の導電膜である多結晶シリコン膜1511と第三の絶縁膜であるシリコン酸化膜1440を介して重なりを有することが好ましく、N型半導体層1726は、第一の導電膜である多結晶シリコン膜1512と第三の絶縁膜であるシリコン酸化膜1440を介して重なりを有することが好ましく、同様に、N型半導体層1727は第一の導電膜である多結晶シリコン膜1513と第三の絶縁膜であるシリコン酸化膜1440を介して重なりを有することが好ましい。また、N型半導体層1727と1725は第一の導電膜である多結晶シリコン膜1514と第三の絶縁膜であるシリコン酸化膜1444を介して重なりを有することが好ましい。
【0109】
次いで、例えばエッチバックもしくはCMP法などによりN型半導体層1725を後退させ第五の絶縁膜であるシリコン酸化膜1425を露出させ、N型半導体層1725を各々分離形成させる。
その後、第四の配線層を第二もしくは第三の配線層と方向が交差するようN型半導体層1725の上部と接続する。
さらに、公知の技術により層間絶縁膜を形成しコンタクトホールおよびメタル配線を形成する。
これにより、MISキャパシタで構成される電荷蓄積層に蓄積される電荷状態によってメモリ機能を有する半導体記憶装置が実現する。
【0110】
この製造例では、第二の絶縁膜であるシリコン窒化膜1310のような半導体基板もしくは多結晶シリコン膜の表面に形成される膜はシリコン表面側からシリコン酸化膜/シリコン窒化膜の複層膜としてもよい。また、第一の導電膜である多結晶シリコン膜1511〜1514および第二の導電膜である多結晶シリコン膜1522,1523の不純物の導入は多結晶シリコン膜の成膜時に行ってもよいし、成膜後もしくはサイドウオール形成後に行ってもよいし、導電膜としてなれば導入時期は制限されない。
なお、この製造例では、マスクを用いることなく各メモリセルの制御ゲートを一方向について連続するように形成した。これは、島状半導体層の配置が対称的でない場合に初めて可能である。すなわち、第二もしくは第三の配線層方向の島状半導体層との隣接間隔を、第四の配線層方向のそれより小さくすることにより、第四の配線層方向には分離され、第二もしくは第三の配線層方向に繋がる配線層がマスクなしで自動的に得られる。これに対して、例えば、島状半導体層の配置を対称にした場合には、フォトリソグラフィによりレジストのパターンニング工程により配線層の分離を行ってもよい。
【0111】
製造例4
この製造例で形成する半導体記憶装置は、電荷蓄積層として浮遊ゲートを複数形成し、且つ、選択ゲート及び制御ゲートを形成した後、トンネル酸化膜を形成し、選択エピタキシャルシリコン成長により柱状に島状半導体層を形成し、該島状半導体層を半導体基板に対して電気的にフローテイング状態とし、各々のメモリセルの活性領域を電気的にフローテイング状態とする半導体記憶装置において、島状半導体層の上部と下部に選択ゲート・トランジスタを配置し、選択ゲート・トランジスタに挟まれてメモリ・トランジスタを複数個、例えば2個配置し、各々メモリ・トランジスタのトンネル酸化膜は一括に形成され、各々トランジスタを該島状半導体層に沿って直列に接続し、且つ、選択ゲート・トランジスタのゲート絶縁膜厚がメモリ・トランジスタのゲート絶縁膜厚より大きい構造である。
【0112】
このような半導体記憶装置は以下の製造方法により形成することができる。なお、図186〜図195及び図196〜図205は、それぞれEEPROMのメモリセルアレイを示す図1のA−A’及びB−B’断面図である。
この製造例では、各段の第一の導電膜となる、例えば多結晶シリコン膜1511〜1514の形成および層間絶縁膜1612、1613を介して第二の導電膜である多結晶シリコン膜1522、1523を形成し、第五の絶縁膜となる例えばシリコン酸化膜1425を50〜500nm堆積し、例えばエッチバックもしくはCMP法などにより第二の絶縁膜であるシリコン窒化膜1310の上部を露出させるまでは製造例1(図72〜図92及び図97〜図117)と同じである(図186及び図196)。
その後、第二の絶縁膜であるシリコン窒化膜1310を、例えば等方性エッチングにより選択的に除去し、第一の溝部1210を形成する。
【0113】
つづいて、例えばCVD法を用いて第一の溝部1210の内壁に、例えば20nm程度のゲート酸化膜となる第十三の絶縁膜としてシリコン酸化膜1451を形成する(図187及び図197)。ここで、第十三の絶縁膜であるシリコン酸化膜1451はCVD酸化膜に限らず、熱酸化膜又は窒素酸化膜でもよい。
次いで、第一の不純物拡散層1710もしくはp型シリコン基板1100上にある第十三の絶縁膜であるシリコン酸化膜1451を選択的に除去する。例えば、異方性エッチングにより第一の溝部1210の側壁部のみにサイドウオール状に第十三の絶縁膜であるシリコン酸化膜1451を残存させる(図188及び図198)。
その後、熱処理などにより、製造例1と同様に、第十三の絶縁膜であるシリコン酸化膜1451のトリートメント処理などを施す。
続いて、必要あるならば第一の不純物拡散層1710もしくはp型シリコン基板1100表面に形成された酸化膜を、例えば希釈HFなどにより除去し、第一の溝部1210に島状半導体層1721〜1722‐1および1111を埋めこむ。例えば第一の溝部1210の底部に位置する第一の不純物拡散層1710もしくはp型シリコン基板1100より半導体層を選択的にエピタキシャル成長させる。このとき下層よりN型半導体層1721、P型半導体層1111、N型半導体層1722‐1を順次積層する(図189及び図199)。N型半導体層1721〜1722‐1の濃度は砒素1×1018〜1×1021/cm3程度のドーズで形成し、P型である半導体層1111は硼素1×1015〜1×1017/cm3程度のドーズで形成する。また、N型半導体層1721と1722‐1は第一の導電膜である多結晶シリコン膜1511と第十三の絶縁膜であるシリコン酸化膜1451を介して重なりを有することが好ましい。さらにN型半導体層1722‐1は第一の導電膜である多結晶シリコン膜1512と重なりをもたない程度に形成するのが好ましい。
【0114】
その後、N型半導体層1722‐1をマスクに第十三の絶縁膜であるシリコン酸化膜1451を部分的に除去する(図190及び図200)。例えばCVD法を用いて第一の溝部1210の内壁に、例えば10nm程度のトンネル酸化膜となる第三の絶縁膜としてシリコン酸化膜1440を形成する(図191及び図201)。
つづいて、N型半導体層1722‐1上にある第三の絶縁膜であるシリコン酸化膜1440を選択的に除去する。例えば、異方性エッチングにより第一の溝部1210の側壁部のみにサイドウオール状に第三の絶縁膜であるシリコン酸化膜1440を残存させる(図192及び図202)。
その後、熱処理などにより、第三の絶縁膜であるシリコン酸化膜1440のトリートメント処理などを施してもよい。
つづいて、前述と同様に第一の溝部1210に島状半導体層1722‐2〜1724‐1および1112〜1113を埋めこむ。例えば第一の溝部1210の底部に位置する島状半導体層1722‐1より半導体層を選択的にエピタキシャル成長させる。このとき下層よりN型半導体層1722‐2、P型半導体層1112、N型半導体層1723、P型半導体層1113、N型半導体層1724−1を順次積層する(図193及び図203)。N型半導体層1722−2〜1724−1の濃度は先程と同様に砒素1×1018〜1×1021/cm3程度のドーズで形成し、P型である半導体層1112〜1113は硼素1×1015〜1×1017/cm3程度のドーズで形成する。また、N型半導体層1722−2と1723は第一の導電膜である多結晶シリコン膜1512と第三の絶縁膜であるシリコン酸化膜1440を介して重なりを有することが好ましく、同様に、N型半導体層1723と1724−1は第一の導電膜である多結晶シリコン膜1513と第三の絶縁膜であるシリコン酸化膜1440を介して重なりを有することが好ましい。さらにN型半導体層1724‐1は第一の導電膜である多結晶シリコン膜1514と重なりをもたない程度に形成するのが好ましい。
【0115】
その後、N型半導体層1724‐1をマスクに第三の絶縁膜であるシリコン酸化膜1440を部分的に除去する。
つづいて、例えばCVD法を用いて第一の溝部1210の内壁に、例えば20nm程度のゲート酸化膜となる第十三の絶縁膜としてシリコン酸化膜1454を形成する。ここで、第十三の絶縁膜であるシリコン酸化膜1454はCVD酸化膜に限らず、熱酸化膜もしくは、窒素酸化膜でもよい。
次いで、島状半導体層1724‐1上にある第十三の絶縁膜であるシリコン酸化膜1454を選択的に除去する。例えば、異方性エッチングにより第一の溝部1210の側壁部のみにサイドウオール状に第十三の絶縁膜であるシリコン酸化膜1454を残存させる。
その後、熱処理などにより、第十三の絶縁膜であるシリコン酸化膜1454のトリートメント処理などを施す。
つづいて、前述と同様に第一の溝部1210に島状半導体層1724‐2〜1725および1114を埋めこむ。例えば第一の溝部1210の底部に位置する島状半導体層1724‐1より半導体層を選択的にエピタキシャル成長させる。このとき下層よりN型半導体層1724‐2、P型半導体層1114、N型半導体層1725を順次積層する(図194及び図204)。N型半導体層1724−2〜1725の濃度は先程と同様に砒素1×1018〜1×1021/cm3程度のドーズで形成し、P型である半導体層1114は硼素1×1015〜1×1017/cm3程度のドーズで形成する。また、N型半導体層1724−2と1725は第一の導電膜である多結晶シリコン膜1514と第十三の絶縁膜であるシリコン酸化膜1454を介して重なりを有することが好ましい。
【0116】
その後、例えばエッチバックもしくはCMP法などによりN型半導体層1725を後退させ、第五の絶縁膜であるシリコン酸化膜1425を露出させ、N型半導体層1725を各々分離形成させる。
続いて、第四の配線層を第二もしくは第三の配線層と方向が交差するようN型半導体層1725の上部と接続する。
その後、公知の技術により層間絶縁膜を形成し、コンタクトホールおよびメタル配線を形成する。
この製造例によっても製造例1(図72〜図96及び図97〜図121)と同様の効果が得られる。
【0117】
製造例5
この製造例で形成する半導体記憶装置は、酸化膜が挿入された半導体基板、
例えばSOI基板の半導体部上に電荷蓄積層として浮遊ゲートを複数形成し、且つ、選択ゲート及び制御ゲートを形成した後、トンネル酸化膜を形成し、選択エピタキシャルシリコン成長により柱状に島状半導体層を形成し、該島状半導体層を半導体基板に対して電気的にフローテイング状態とし、各々のメモリセルの活性領域を電気的にフローテイング状態とする半導体記憶装置において、島状半導体層の上部と下部に選択ゲート・トランジスタを配置し、選択ゲート・トランジスタに挟まれてメモリ・トランジスタを複数個、例えば2個配置し、各々メモリ・トランジスタのトンネル酸化膜は一括に形成され、各々トランジスタを該島状半導体層に沿って直列に接続し、且つ、選択ゲート・トランジスタのゲート絶縁膜厚がメモリ・トランジスタのゲート絶縁膜厚と等しい構造である。
【0118】
このような半導体記憶装置は以下の製造方法により形成することができる。
なお、図206及び図207は、それぞれEEPROMのメモリセルアレイを示す図1のA−A’及びB−B’断面図である。
この製造例では、基板としてSOI基板を用いた以外は、実質的に製造例1と同様であり(図206及び図207)、同様の効果が得られる。さらに、第一の配線層となる不純物拡散層1710の接合容量が抑制もしくは除外される。また、基板としてSOI基板を用いることは本発明における全ての実施例において適応できる。
製造例6
この製造例で形成する半導体記憶装置は、電荷蓄積層として浮遊ゲートを複数形成し、且つ、制御ゲートを形成した後、トンネル酸化膜を形成し、選択エピタキシャルシリコン成長により柱状に島状半導体層を形成し、該島状半導体層を半導体基板に対して電気的にフローテイング状態とし、各々のメモリセルの活性領域を電気的にフローテイング状態とする半導体記憶装置において、島状半導体層にメモリ・トランジスタを2個配置し、各々メモリ・トランジスタのトンネル酸化膜は一括に形成され、各々トランジスタを該島状半導体層に沿って直列に接続した構造である本発明の実施の形態を説明する。
【0119】
このような半導体記憶装置は以下の製造方法により形成することができる。なお、図208〜図228及び図229〜図249は、それぞれEEPROMのメモリセルアレイを示す図5のA−A’及びB−B’断面図である。
この製造例では、p型シリコン基板1100の表面に注入保護膜となる、例えば第一の絶縁膜としてシリコン酸化膜1410を2〜20nm堆積し、イオン注入を利用してp型シリコン基板1100に第一の不純物層1710の導入を行う(図208及び図229)。例えば、0〜7°程度傾斜した方向から5〜100keVの注入エネルギー、砒素1×1014〜1×1016/cm2程度のドーズが挙げられる。イオン注入に代えて、CVD法により砒素を含む酸化膜を堆積し、その酸化膜からの砒素拡散を利用してもよい。また、p型シリコン基板1100の最表面に第一の不純物層1710が導入されなくてもよい。
【0120】
つづいて、公知のフォトリソグラフィ技術によりパターンニングされたレジストR5をマスクとして用いて、例えば反応性イオンエッチングにより第一の絶縁膜1410およびp型シリコン基板1100を第一の不純物層1710が分割されるように200〜2000nmエッチングして第二の溝部1220を形成する(図209及び図230)。
レジストR5を除去した後、第二の溝部1220に第五の絶縁膜として、例えばシリコン酸化膜1420を100〜300nm堆積し、エッチバックにより埋めこむ(図210及び図231)。第五の絶縁膜であるシリコン酸化膜1420を埋めこむ際は、等方性エッチングを用いたエッチバックでもよいし、異方性エッチングを用いたエッチバックでもよいし、CMPを用いた平坦化埋めこみでもよく、種々組み合わせてもよい。このとき第五の絶縁膜であるシリコン酸化膜1420はシリコン窒化膜でもよい。また、第五の絶縁膜であるシリコン酸化膜1410は除去されてもよいし、残存してもよい。例えば第一の絶縁膜であるシリコン酸化膜1410を除去した場合、次にp型シリコン基板1100もしくは第一の不純物層1710上に第二の絶縁膜として、例えばシリコン窒化膜1310を1000〜10000nm形成する(図211及び232)。
次に、公知のフォトリソグラフィ技術によりパターンニングされたレジスト R6をマスクとして用いて、例えば反応性イオンエッチングにより第二の絶縁膜であるシリコン窒化膜1310をエッチングして、格子縞状の第四の溝部1240を形成する(図212及び図233)。
【0121】
その後、格子縞状の第四の溝部1240にCVD法により第五の絶縁膜として、例えばシリコン酸化膜1421を50〜500nm堆積する。
次いで、第四の溝部1240の所望の深さまで、例えば等方性エッチングにより第五の絶縁膜である酸化膜1421を埋め込みを行い(図213及び234)、第二の絶縁膜であるシリコン窒化膜1310の表面に第四の絶縁膜として、例えばシリコン酸化膜1431を1〜10nm、つづいて、第一の導電膜となる、例えば多結晶シリコン膜1511を50〜200nm程度堆積する(図214及び図235)。
同様に第一の導電膜である多結晶シリコン膜1511をエッチバックし、所望の高さのサイドウオールを形成する(図215及び図236)。このとき、第一の導電膜である多結晶シリコン膜1512は第二の絶縁膜であるシリコン窒化膜1310の周囲に形成され、第二の絶縁膜であるシリコン窒化膜1310の各々の周囲に形成されている第一の導電膜である多結晶シリコン膜1511はそれぞれ分離された状態となっている。
【0122】
つづいて、第一の導電膜である多結晶シリコン膜1511の表面に層間絶縁膜1611を形成する(図216及び図237)。この層間絶縁膜1611は、例えばONO膜とする。ONO膜は、製造例1と同様に形成することができる。
次いで、同様に第二の導電膜となる、例えば多結晶シリコン膜1521を15〜150nm堆積し(図217及び図238)、堆積膜厚相当エッチバックすることで、第五の絶縁膜であるシリコン酸化膜1421上の層間絶縁膜1611を露出しつつ、第一の導電膜である多結晶シリコン膜1511の側部に層間絶縁膜1611を介して第二の導電膜である多結晶シリコン膜1521を配置させる。このとき第二の絶縁膜であるシリコン窒化膜1310の周囲には第二の導電膜である多結晶シリコン膜1525が残存しており、第二の導電膜である多結晶シリコン膜1521と多結晶シリコン膜1525は分離されていることが好ましい(図218及び図239)。なお、図5のA―A’方向について予め所定の値以下に設定しておくことによって、マスク工程を用いることなく、その方向に連続する制御ゲート線となる第三の配線層として形成される。
その後、第四の溝部1240に第五の絶縁膜として、例えばシリコン酸化膜1422を50〜500nm堆積する。
【0123】
次いで、第四の溝部の所望の深さまで、例えば等方性エッチングにより第五の絶縁膜である酸化膜1422を埋めこみ(図219及び図240)、第五の絶縁膜であるシリコン酸化膜1422をマスクに等方性エッチングなどにより露出している第二の導電膜である多結晶シリコン膜1525を除去する(図220及び図241)。この際、第二の導電膜である多結晶シリコン膜1525の膜厚程度のエッチングであれば十分であり、これによりプロセスばらつきが低減できる。
つづいて、第二の絶縁膜であるシリコン窒化膜1310と第五の絶縁膜であるシリコン酸化膜1422に挟まれる部位に残存する第二の導電膜である多結晶シリコン膜1525を等方性エッチングもしくは異方性エッチングにより除去する(図221及び図242)。
その後、前記第二の絶縁膜であるシリコン窒化膜1310と第五の絶縁膜であるシリコン酸化膜1422に挟まれる部位に埋めこむよう第六の絶縁膜として、例えばシリコン酸化膜1482を8〜80nm堆積する。このとき、第六の絶縁膜であるシリコン酸化膜1482の膜厚は第二の導電膜である多結晶シリコン膜1521の堆積膜厚の約半分以上であればよい(図222及び図243)。
次いで、堆積膜厚相当の等方性エッチングを行うことで、第二の絶縁膜であるシリコン窒化膜1310の側部にある層間絶縁膜1611を露出させつつ、第四の溝部1240に第六の絶縁膜であるシリコン酸化膜1482の埋めこみを行う(図223及び図244)。このように第二の導電膜として多結晶シリコン膜1521の形成を述べたが、単純に堆積と異方性エッチングの組み合わせでサイドウオール状に形成してもよい。
【0124】
その後、第五の絶縁膜であるシリコン酸化膜1422をマスクに例えば、等方性エッチングにて層間絶縁膜1611を部分的に除去する(図224及び図245)。
同様に繰り返すことで第一の導電膜となる、例えば多結晶シリコン膜1512の側部に層間絶縁膜1612を介して第二の導電膜となる、例えば多結晶シリコン膜1522を配置させ、さらに第二の導電膜である多結晶シリコン膜1522を第五の絶縁膜となるシリコン酸化膜1423および第六の絶縁膜となるシリコン酸化膜1483で埋設する。
その後、例えばエッチバックもしくはCMP法などにより第二の絶縁膜であるシリコン窒化膜1310の上部を露出させる(図225及び図246)。このとき第五の絶縁膜であるシリコン酸化膜1423は、例えばシリコン窒化膜でもよい。
次いで、第二の絶縁膜であるシリコン窒化膜1310を、例えば等方性エッチングにより選択的に除去し、第一の溝部1210を形成する。
つづいて、例えばCVD法を用いて第一の溝部1210の内壁に、例えば10nm程度のトンネル酸化膜となる第三の絶縁膜としてシリコン酸化膜1440を形成する(図226及び図247)。ここで、第三の絶縁膜であるシリコン酸化膜1440はCVD酸化膜に限らず、熱酸化膜もしくは、窒素酸化膜でもよい。
次いで、第一の不純物拡散層1710もしくはp型シリコン基板1100上にある第三の絶縁膜であるシリコン酸化膜1440を選択的に除去する。例えば、異方性エッチングにより第一の溝部1210の側壁部のみにサイドウオール状に第三の絶縁膜であるシリコン酸化膜1440を残存させる。
その後、熱処理などにより、製造例1と同様の方法で、第三の絶縁膜であるシリコン酸化膜1440のトリートメント処理などを施す。
次いで、必要あるならば第一の不純物拡散層1710もしくはp型シリコン基板1100表面に形成された酸化膜を、例えば希釈HFなどにより除去し、第一の溝部1210に島状半導体層1721〜1723および1111、1112を埋めこむ。例えば第一の溝部1210の底部に位置する第一の不純物拡散層1710もしくはp型シリコン基板1100より半導体層を選択的にエピタキシャル成長させる。このとき下層よりN型半導体層1721、P型半導体層1111、N型半導体層1722、P型半導体層1112、N型半導体層1723を順次積層する(図227及び図248)。N型半導体層1721〜1725の濃度は砒素1×1018〜1×1021/cm3程度のドーズで形成し、P型である半導体層1111、1112は硼素1×1015〜1×1017/cm3程度のドーズで形成する。また、N型半導体層1721と1722は第一の導電膜である多結晶シリコン膜1511と第三の絶縁膜であるシリコン酸化膜1440を介して重なりを有することが好ましく、同様に、N型半導体層1722と1723は第一の導電膜である多結晶シリコン膜1512と第三の絶縁膜であるシリコン酸化膜1440を介して重なりを有することが好ましい。
【0125】
その後、例えばエッチバックもしくはCMP法などによりN型半導体層1723を後退させ、第五の絶縁膜であるシリコン酸化膜1423を露出させ、N型半導体層1723を各々分離形成させる。
次いで、第四の配線層を第二もしくは第三の配線層と方向が交差するようN型半導体層1723の上部と接続する。
その後、公知の技術により層間絶縁膜を形成し、コンタクトホールおよびメタル配線を形成する。これにより、第一の導電膜となる多結晶シリコン膜を浮遊ゲートとする電荷蓄積層に蓄積される電荷状態によってメモリ機能を有する半導体記憶装置が実現する(図228及び図249)。
【0126】
この製造例では第二の絶縁膜であるシリコン窒化膜1310のような半導体基板もしくは多結晶シリコン膜の表面に形成される膜はシリコン表面側からシリコン酸化膜/シリコン窒化膜の複層膜としてもよい。また、第一の導電膜である多結晶シリコン膜1511、1512および第二の導電膜である多結晶シリコン膜1521、1522の不純物の導入は、多結晶シリコン膜の成膜時に行ってもよいし、成膜後もしくはサイドウオール形成後に行ってもよいし、導電膜としてなれば導入時期は制限されない。
この製造例では、マスクを用いることなく各メモリセルの制御ゲートを一方向について連続するように形成した。これは、島状半導体層の配置が対称的でない場合に初めて可能である。すなわち、第二もしくは第三の配線層方向の島状半導体層との隣接間隔を、第四の配線層方向のそれより小さくすることにより、第四の配線層方向には分離され、第二もしくは第三の配線層方向に繋がる配線層がマスクなしで自動的に得られる。これに対して、例えば、島状半導体層の配置を対称にした場合にはフォトリソグラフィによりレジストのパターンニング工程により配線層の分離を行ってもよい。
【0127】
製造例7
この製造例で形成する半導体記憶装置は、電荷蓄積層として浮遊ゲートを複数形成し、且つ、選択ゲート及び制御ゲートを形成した後、トンネル酸化膜を形成し、選択エピタキシャルシリコン成長により柱状に島状半導体層を形成し、該島状半導体層を半導体基板に対して電気的にフローテイング状態とし、各々のメモリセルの活性領域を電気的に共通とする半導体記憶装置において、島状半導体層の上部と下部に選択ゲート・トランジスタを配置し、選択ゲート・トランジスタに挟まれてメモリ・トランジスタを複数個、例えば2個配置し、各々メモリ・トランジスタのトンネル酸化膜は一括に形成され、各々トランジスタを該島状半導体層に沿って直列に接続し、且つ、選択ゲート・トランジスタのゲート絶縁膜厚がメモリ・トランジスタのゲート絶縁膜厚と等しい構造である。
【0128】
このような半導体記憶装置は以下の製造方法により形成することができる。
なお、図250〜図252及び図253〜図255は、それぞれEEPROMのメモリセルアレイを示す図1のA−A’及びB−B’断面図である。また、図256〜図258及び図259〜図261は、それぞれEEPROMのメモリセルアレイを示す図1のA−A’及びB−B’断面図である。
このような半導体記憶装置は以下の製造方法により形成することができる。
この製造例では、第一の導電膜である多結晶シリコン膜1512の側部に層間絶縁膜1612を介して第ニの導電膜である多結晶シリコン膜1522を配置させるまでは製造例1(図72〜図90及び図97〜図115)と同様に行う。ただし、第四の溝部1240に第五の絶縁膜であるシリコン酸化膜1423を埋めこむ際に、第二の導電膜である多結晶シリコン膜1522上に第五の絶縁膜であるシリコン酸化膜1423を20〜40nm程度の厚さに制御するか、あるいは第二の導電膜である多結晶シリコン膜1522を露出し、20〜40nm程度の厚さの熱酸化膜を形成する(図250及び図253)。このときメモリセルの浮遊ゲートである第一の導電膜である多結晶シリコン膜1512と1513の間隔を20〜30とする(図251及び図254)ことにより、後の工程で第一の溝部1210に形成する島状半導体層1721〜1725の内、メモリセルの間に形成される不純物拡散層1723を形成する必要がなくなる(図252及び図255)。
【0129】
また、別の製造例として、第一の導電膜である多結晶シリコン膜1511形成するまでは製造例1(図72〜図79及び図97〜図104)と同様に行う。ただし、選択ゲートとメモリセル間については第四の溝部1240に第五の絶縁膜であるシリコン酸化膜1422を埋めこむ際に、第一の導電膜である多結晶シリコン膜1521上に第五の絶縁膜であるシリコン酸化膜1422を20〜40nm程度の厚さに制御するか、あるいは第二の導電膜である多結晶シリコン膜1521を露出し、20〜40nm程度の厚さの熱酸化膜を形成する(図図256及び図259)。
また、メモリセルとメモリセル間については前述と同様に第四の溝部1240に第五の絶縁膜であるシリコン酸化膜1423を埋めこむ際に、第二の導電膜である多結晶シリコン膜1522上に第五の絶縁膜であるシリコン酸化膜1423を20〜40nm程度の厚さに制御するか、あるいは第二の導電膜である多結晶シリコン膜1522を露出し、20〜40nm程度の厚さの熱酸化膜を形成する(図257及び図260)。このときメモリセルの浮遊ゲートである第一の導電膜である多結晶シリコン膜1512と1513の間隔を20〜30nmとすることにより、後の工程で第一の溝部1210に形成する島状半導体層1721〜1725の内、選択ゲートおよびメモリセル間に形成される不純物拡散層1722、1723、1724を形成する必要がなくなる(図258及び図261)。
【0130】
製造例8
この製造例で形成する半導体記憶装置は、電荷蓄積層として浮遊ゲートを複数形成し、且つ、選択ゲート及び制御ゲートを形成した後、トンネル酸化膜を形成し、選択エピタキシャルシリコン成長により柱状に島状半導体層を形成し、該島状半導体層を半導体基板に対して電気的にフローテイング状態とし、各々のメモリセルの活性領域を電気的に共通とする半導体記憶装置において、島状半導体層の上部と下部に選択ゲート・トランジスタを配置し、選択ゲート・トランジスタに挟まれてメモリ・トランジスタを複数個、例えば2個配置し、各々メモリ・トランジスタのトンネル酸化膜は一括に形成され、各々トランジスタを該島状半導体層に沿って直列に接続し、且つ、選択ゲート・トランジスタのゲート絶縁膜厚がメモリ・トランジスタのゲート絶縁膜厚と等しい構造であり、各々のメモリ・トランジスタの活性領域に電位を伝達すべく各々のトランジスタの間に伝達ゲートを配置する。
このような半導体記憶装置は以下の製造方法により形成することができる。
なお、図262及び図263は、それぞれEEPROMのメモリセルアレイを示す図1のA−A’及びB−B’断面図である。
【0131】
この製造例では、第二の導電膜である多結晶シリコン膜1521、1522、1523、1524を形成させた後、第三の導電膜である多結晶シリコン膜1530によるゲート電極の形成を行う工程が追加されたこと以外は製造例1と同様に行う。
つまり、第二の導電膜である多結晶シリコン膜1521、1522、1523、1524を形成させた後、第一の導電膜である多結晶シリコン膜1521と1522の間の島状半導体層1110が露出し得る程度に第五の絶縁膜であるシリコン酸化膜1424〜1422、層間絶縁膜1612、1613を等方性エッチングにより除去する。
その後、例えば熱酸化膜法を用いて第二十一の絶縁膜である酸化膜1400を選択ゲートおよびメモリセル間の島状半導体層1110表面および第一、第二の導電膜である多結晶シリコン膜1511、1512、1513、1514、1521、1522、1523、1524の露出部に形成した後、第三の導電膜である多結晶シリコン膜1530を全面に堆積する。
続いて、第二の導電膜である多結晶シリコン膜1523と1524のスペース部が露出し無い程度に第三の導電膜である多結晶シリコン膜1530を異方性エッチングによりエッチバックを行う。
さらに、製造例1と同様の方法により、半導体記憶装置を完成する(図262及び図263)。
【0132】
製造例9
この製造例では、第一の配線層の方向と第四の配線層の方向が平行である構造を得るための具体的な製造例を示す。なお、図264〜図266及び図267〜図269は、それぞれEEPROMのメモリセルアレイを示す図1のA−A’及びB−B’断面図である。
この製造例では、公知のフォトリソグラフィ技術によりパターンニングされたレジスト R5をマスクとして用いて(図73及び図98参照)、例えば反応性イオンエッチングにより第一の絶縁膜1410およびp型シリコン基板1100を第一の不純物層1710が分割されるように200〜2000nmエッチングして、後に連続するゲート線となる第二の配線層と交差する方向に第二の溝部1220を形成すること以外は、製造例と同じである(図264〜図266及び図267〜図269)。
これにより、第一の配線層と第四の配線層が平行である第一の導電膜となる多結晶シリコン膜を浮遊ゲートとする電荷蓄積層に蓄積される電荷状態によってメモリ機能を有する半導体記憶装置が実現する。
【0133】
この製造例では、第二の絶縁膜であるシリコン窒化膜1310のような半導体基板もしくは多結晶シリコン膜の表面に形成される膜はシリコン表面側からシリコン酸化膜/シリコン窒化膜の複層膜としても構わない。また、第一の導電膜である多結晶シリコン膜1511〜1514および第二の導電膜である多結晶シリコン膜1522、1523の不純物の導入は多結晶シリコン膜の成膜時に行ってもよいし、成膜後もしくはサイドウオール形成後に行ってもよいし、導電膜としてなれば導入時期は制限されない。
なお、この製造例では、マスクを用いることなく各メモリセルの制御ゲートを一方向について連続するように形成した。これは、島状半導体層の配置が対称的でない場合に初めて可能である。すなわち、第二もしくは第三の配線層方向の島状半導体層との隣接間隔を、第四の配線層方向のそれより小さくすることにより、第四の配線層方向には分離され、第二もしくは第三の配線層方向に繋がる配線層がマスクなしで自動的に得られる。これに対して、例えば、島状半導体層の配置を対称にした場合にはフォトリソグラフィによりレジストのパターンニング工程により配線層の分離を行ってもよい。
また、複数のメモリセル部の上部と下部に選択ゲートを配置することでメモリセルトランジスタが過剰消去の状態、すなわち、読み出し電圧が0Vであってしきい値が負の状態になり、非選択セルでもセル電流が流れる現象を防止することができる。
【0134】
製造例10
この製造例では、第一の配線層がメモリアレイに対し電気的に共通である構造を得るための具体的な製造例を示す。なお、図270〜図271及び図272〜図273は、それぞれEEPROMのメモリセルアレイを示す図1のA−A’及びB−B’断面図である。
この製造例では、半導体基板1100に第二の溝部1220を形成せず、製造例1から、これに関わる工程を省略したのと同じである。
これにより、少なくともアレイ内の第一の配線層が分割されずに共通となり、第一の導電膜となる多結晶シリコン膜を浮遊ゲートとする電荷蓄積層に蓄積される電荷状態によってメモリ機能を有する半導体記憶装置が実現する(図270〜図271及び図272〜図273)。
【0135】
製造例11
この製造例では、電荷蓄積層として浮遊ゲートを形成した後に島状半導体層を形成する手法において、浮遊ゲートが矩形に形成してある構造を得るための具体的な製造例を示す。なお、図274〜図279及び図280〜図285は、それぞれEEPROMのメモリセルアレイを示す図1のA−A’及びB−B’断面図である。
この製造例では、第一の導電膜となる多結晶シリコン膜1511〜1514を形成する際、第二の絶縁膜であるシリコン窒化膜1310に被覆される第一の多結晶シリコン膜1512を異方性エッチによりサイドウオールとした後、第八の絶縁膜であるシリコン酸化膜1462を第一の導電膜である多結晶シリコン膜1512の間に所望の深さ埋め込み、第八の絶縁膜であるシリコン酸化膜1462をマスクに第一の導電膜である多結晶シリコン膜1512を等方性もしくは異方性エッチにより部分的に除去する(図274〜図277及び図280〜図283)。
次に、第八の絶縁膜であるシリコン酸化膜1462を除去し第一の導電膜である多結晶シリコン膜1512を矩形状に形成する。同様に第二の導電膜である多結晶シリコン膜1522も同様に行ってもよい。また、選択ゲートである第一の多結晶シリコン膜1511および1514についても同様に形成してもよい(図278〜図279及び図284〜図285)。
【0136】
製造例12
この製造例では、電荷蓄積層として浮遊ゲートを形成した後に島状半導体層を形成する手法において、浮遊ゲートの側面及び上面を層間絶縁膜を介して制御ゲートが被覆される構造を得るための具体的な製造例を示す。なお、図286〜図289及び図290〜図293は、それぞれEEPROMのメモリセルアレイを示す図1のA−A’及びB−B’断面図である。
この製造例では、第二の導電膜となる、例えば多結晶シリコン膜1522を15〜150nm堆積するまでは、製造例1と同じである。
その後、堆積膜厚相当エッチバックすることで、第五の絶縁膜であるシリコン酸化膜1422上の層間絶縁膜1612を露出しつつ、第一の導電膜である多結晶シリコン膜1512の側部に層間絶縁膜1612を介して第二の導電膜である多結晶シリコン膜1522を配置させる。このとき第二の絶縁膜であるシリコン窒化膜1310の周囲には第二の導電膜である多結晶シリコン膜1522が残存している(図286及び図290)。
次いで、第四の溝部1240に第五の絶縁膜として、例えばシリコン酸化膜1423を50〜500nm堆積する。
その後、第四の溝部の所望の深さまで例えば等方性エッチングにより第五の絶縁膜である酸化膜1423を埋めこみ(図287及び図291)、第五の絶縁膜であるシリコン酸化膜1423をマスクに等方性エッチングもしくは異方性エッチングなどにより露出している第二の導電膜である多結晶シリコン膜1522を除去する(図288及び図292)。この際、第二の導電膜である多結晶シリコン膜1522の膜厚程度のエッチングであれば十分であり、これによりプロセスばらつきが低減できる。
続いて、第二の絶縁膜であるシリコン窒化膜1310と第五の絶縁膜であるシリコン酸化膜1423に挟まれる部位に第二の導電膜である多結晶シリコン膜1522が残存するようにする(図289及び図293)。これにより第一の導電膜である多結晶シリコン膜1512は層間容量膜1612を介して第二の導電膜である多結晶シリコン膜1522と接する面積が増大し、カップリングレシオが向上する。
【0137】
製造例13
電荷蓄積層として浮遊ゲートを形成した後に島状半導体層を形成する手法において、これらトランジスタのゲートの垂直な方向の長さが異なる具体的な製造例を示す。なお、図294〜図295及び図296〜図297は、それぞれEEPROMのメモリセルアレイを示す図1のA−A’及びB−B’断面図である。
この製造例では、メモリセルのゲートもしくは選択ゲートとなる第一の導電膜である多結晶シリコン膜1511〜1514の半導体基板1100に対して垂直な方向の長さは、図294及び図296に示すように多結晶シリコン膜1511、1514の選択ゲート長が異なってもよい。
また、図295及び図297に示すように、第一の導電膜である多結晶シリコン膜1512、1513のメモリセルのゲート長が異なっても、第一の導電膜である多結晶シリコン膜1511〜1514の垂直な方向の長さが同じ長さでなくてもよい。
【0138】
製造例14
電荷蓄積層として浮遊ゲートを形成した後に島状半導体層を形成する手法において、これらトランジスタの活性化領域の垂直な方向の長さが異なる具体的な製造例を示す。なお、図298及び図299は、それぞれEEPROMのメモリセルアレイを示す図1のA−A’及びB−B’断面図である。
この製造例では、メモリセルのチャネル部もしくは選択トランジスタのチャネル部となる半導体層1111〜1114の半導体基板1100に対して垂直な方向の長さは、図298及び図299に示すように、半導体層1111、1114の選択トランジスタのチャネル長が異なっても、半導体層1112、1113のメモリセルのチャネル長が異なってもよい。
【0139】
製造例15
電荷蓄積層として浮遊ゲートを形成した後に島状半導体層を形成する手法において、第四の配線層1840と接続される半導体層1110の上端部に位置する不純物拡散層1725の高さを大きく配置する場合の具体的な製造例を示す。なお、図300及び図301は、それぞれEEPROMのメモリセルアレイを示す図1のA−A’及びB−B’断面図である。
この製造例では、第四の配線層1840と接続される半導体層1725の高さは大きくてもよい(図300及び図301)。このとき、第五の絶縁膜であるシリコン酸化膜1425の膜厚を厚く設定でき第一の導電膜である多結晶シリコン膜1514と第四の配線層1840との絶縁性が向上する。あるいは不純物拡散層1725を露出させる際、露出面積を大きく設定できるため、不純物拡散層1725と第四の配線層1840との接続性能が向上する。
【0140】
製造例16
電荷蓄積層として浮遊ゲートを形成した後に島状半導体層を形成する手法において、半導体層1110の上端部に位置する不純物拡散層1725を加工することにより第四の配線層1840を形成する具体的な製造例を示す。なお、図302〜図303及び図304〜図305は、それぞれEEPROMのメモリセルアレイを示す図1のA−A’及びB−B’断面図である。
この製造例では、第四の配線層として半導体層1725を公知のフォトリソグラフィ技術によりパターンニングされたレジストR8をマスクとして用いて(図302及び図304)、反応性イオンエッチングにより加工して、第二の配線層もしくは第三の配線層の方向と交差するように第四の配線層を形成する(図303及び図304)。
【0141】
製造例17
電荷蓄積層として浮遊ゲートを形成した後に形成した島状半導体層の形状について具体的な製造例を示す。なお、図306〜図307及び図308〜図309は、それぞれEEPROMのメモリセルアレイを示す図1のA−A’及びB−B’断面図である。
この製造例では、反応性イオンエッチングにより第一の溝部1210を形成する際、第二の絶縁膜であるシリコン窒化膜1310の上端部と下端部の外形が異なった場合には、図306及び図308に示すようになる。
また、第二の絶縁膜であるシリコン窒化膜1310の上端部と下端部の水平方向の位置がずれた場合には、図307及び図309に示すようになる。
例えば、上面からの第二の絶縁膜であるシリコン窒化膜1310の形が円形を呈している場合、前者は円錐形を呈しており、後者は斜め円柱を呈している構造となる。なお、半導体基板1100に対して垂直な方向に直列にメモリセルを配置できる構造であるならば第二の絶縁膜であるシリコン窒化膜1310の形状は特に限定されない。
【0142】
製造例18
電荷蓄積層として浮遊ゲートを形成した後に島状半導体層を形成する際の半導体層1110の底部の形状について具体的な製造例を示す。なお、図310〜図313及び図314〜図317は、それぞれEEPROMのメモリセルアレイを示す図1のA−A’及びB−B’断面図である。
この製造例では、格子縞状の第一の溝部1210の底部形状は、図310及び図314、図311及び図315に示すように、直線状の傾斜構造を呈してもよい。
また、格子縞状の第一の溝部1210の底部形状は、図312及び図316、図313及び図317に示すように、丸みを帯びた傾斜構造を呈してもよい。
ここで、第一の導電膜となる多結晶シリコン膜1511の下端部が第一の溝部1210の底部の傾斜部に差しかかっても差しかからなくてもよい。
【0143】
製造例19
電荷蓄積層として浮遊ゲートを形成した後に島状半導体層を形成する手法において、下地段差部に堆積される多結晶シリコン膜の形状について具体的な製造例を示す。なお、図318〜図323及び図324〜図329は、それぞれEEPROMのメモリセルアレイを示す図1のA−A’及びB−B’断面図である。
第二の絶縁膜であるシリコン窒化膜1310に被覆される第一の多結晶シリコン膜1511〜1514、第二の多結晶シリコン膜1521〜1524は、図318〜図323及び図324〜図329に示すように、第一の溝部1210の底部形状に沿って均一に堆積された構造を呈してもよい。また、製造制1のように、底部形状によっては部分的に不均一に堆積された構造を呈してもよい。
【0144】
製造例20
各々のトランジスタの選択ゲートおよび浮遊ゲートを一括で形成する手法において、第一、第二及び第三の配線層と周辺回路との電気的接続を実現する端子の具体的な製造例を示す。なお、図330〜図335は、それぞれEEPROMのメモリセルアレイを示す図8及び図9のH−H’線断面図、I1−I1’線断面図、I2−I2’線断面図、I3―I3’線断面図、I4―I4’線断面図、I5―I5’線断面図である。また、図336〜図341も同様である。これらは埋設された配線層に外部から電圧を印加するために、例えば半導体装置上面に配置された端子と埋設されたとが電気的に結合する部位1921、1932、1933、1934、1910がそれぞれ確認できる位置での断面図を示している。
この製造例では、配線層引き出し部における埋設される各々の第一及び第二、第三の配線層を図330〜図335に示すように、階段状に配置し、各々の配線層の端部から所望の配線層以外の配線層と交わらないように第一及び第二、第三のコンタクト1921、1932、1933、1934、1910を形成することで、第一及び第二、第三の配線層を半導体装置上面へ引き出す。
なお、第一及び第二、第三のコンタクト1921、1932、1933、1934、1910を形成せず、例えば導電膜を半導体装置上面へ引き出すような配置を行うことにより同様の効果を得るようにしてもよい。
また、配線層引き出し部における埋設される各々の第一及び第二、第三の配線層を、図336〜図341のように配置し、第一及び第二、第三のコンタクト1921、1932、1933、1934、1910を開口した後、第二十三の絶縁膜として、例えばシリコン酸化膜1499を10〜100nm堆積し、つづいて堆積膜厚分程度エッチバックし、配線層引き出し部に形成したコンタクトの内壁に第二十三の絶縁膜であるシリコン酸化膜1499のサイドウオールを形成し、その後メタルあるいは導電膜をコンタクト部に埋め込むことにより、第一の配線層及び第二、第三の各配線層を半導体装置上面へ引き出してもよい(図336〜図341)。この際、第二十三の絶縁膜はシリコン酸化膜に限らずシリコン窒化膜でもよく、絶縁膜であれば限定しない。
また、配線層を引き出すためのコンタクトは、図339〜図341に示すように、隣接するA―A’方向に連続するメモリセルの配線層引き出し部に共通して形成してもよいし、図330〜図335に示すように、各々の配線層引き出し部に形成してもよい。
以上のような第一の配線層及び第二、第三の配線層を半導体上面へ引き出す方法は、本発明における全ての実施例において適応できる。
【0145】
製造例21
DRAMを構成するトランジスタとキャパシタの配置の一例として、島状半導体層1110の上部から、トランジスタ、キャパシタ、トランジスタ、キャパシタの順で配置した場合において、具体的な製造例を示す。なお、図342及び図343は、それぞれEEPROMのメモリセルアレイを示す図11のA−A’及びB−B’断面図である。
この製造例では、不純物拡散層1710を形成せず、かつ該不純物拡散層の分離工程を導入しないこと以外は、製造例3に準じ、図342及び図343のような構造とする。
これにより島状半導体層1110に形成する複数のキャパシタをトランジスタで分離できる。また、不純物拡散層1710を配線層として用いないことにより、配線容量が小さくなる。
なお、電荷蓄積層を複数形成した後、選択エピタキシャルシリコン成長により柱状に島状半導体層1110を形成する上記製造例は、種々組み合わせて用いてもよい。
【0146】
【発明の効果】
本発明の半導体記憶装置の製造方法によれば、島状半導体層の垂直方向における基板のバックバイアス効果の回避又はばらつきを防止することが可能となり、ビットラインとソースライン間に直列に接続するメモリセルを複数形成することが可能となる半導体記憶装置を効率よく製造することができる。これにより、基板からのバックバイアス効果に起因する読み出し時における各メモリセルの閾値の低下によるメモリセルの特性のばらつきの発生を防止した、高性能なデバイスを作成することが可能となる。
【0147】
また、デバイス性能を決定する方向である垂直方向は最小加工寸法に依存することなく、より微細化を図ることが可能となる。
さらに、大容量化が可能となる。例えば、メモリトランジスタを備える半導体基板円柱の直径を最小加工寸法で形成し、互いの半導体基板柱とのスペース幅の最短距離を最小加工寸法で構成した場合、半導体基板円柱当りのメモリトランジスタの段数が2段であれば、従来の2倍の容量が得られる。つまり、半導体基板円柱当りのメモリトランジスタ段数倍の大容量化が行える。一般的に段数が多ければ多いほど大容量化が実現する。これによりビット当りのセル面積が縮小し、チップの縮小化及び低コスト化が図れる。しかも、デバイス性能を決定する方向である垂直方向は最小加工寸法に依存せず、デバイスの性能を維持することができる。
【0148】
さらに、各メモリセルは、島状半導体層を取り囲むように配置するため、駆動電流の向上及びS値の増大が実現したデバイスを製造することができる。
また、円形のパターンを用いて半導体基板を柱状に加工した後、該半導体基板側面を犠牲酸化することで、基板表面のダメージ、欠陥及び凹凸を取り除くことで、良好な活性領域面として用いることができる。この際、酸化膜厚を制御することで柱の直径を操作することが可能となり、トンネル酸化膜の表面積と浮遊ゲートと制御ゲートの層間容量膜の表面積できまる浮遊ゲートと制御ゲート間の容量の増大が容易に行える。
さらに、円形のパターンを用いることで、活性領域面に局所的な電界集中の発生が回避でき、電気的制御が容易に行える。さらに、柱状の半導体基板にトランジスタのゲート電極を取り囲むように配置することで駆動電流の向上及びS値の増大が実現する。各メモリセルの活性領域を基板に対してフローテイング状態となるように不純物拡散層を形成することで基板からのバックバイアス効果が無くなり読み出し時における各メモリセルの閾値の低下によるメモリセルの特性のばらつきが発生しなくなる。
【0149】
また、トンネル酸化膜及び浮遊ゲート堆積後、浮遊ゲート側壁に絶縁膜のサイドウォールを垂直方向に複数形成することで、浮遊ゲートの加工が一括で行える。つまり、トンネル酸化膜は各々のメモリセルに対して同質のものが得られる。これらの手法を用いることにより、メモリセルの特性ばらつきが抑制され、デバイスの性能のばらつきが抑制され、制御が容易となり低コスト化実現する。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の半導体記憶装置において電荷蓄積層として浮遊ゲートを有するEEPROMのメモリセルアレイを示す平面図である。
【図2】 電荷蓄積層として浮遊ゲートを有するEEPROMの別のメモリセルアレイを示す平面図である。
【図3】 電荷蓄積層として浮遊ゲートを有するEEPROMのさらに別のメモリセルアレイを示す平面図である。
【図4】 電荷蓄積層として浮遊ゲートを有するEEPROMのさらに別のメモリセルアレイを示す平面図である。
【図5】 電荷蓄積層として浮遊ゲートを有するEEPROMのさらに別のメモリセルアレイを示す平面図である。
【図6】 電荷蓄積層として浮遊ゲートを有するEEPROMのさらに別のメモリセルアレイを示す平面図である。
【図7】 電荷蓄積層として浮遊ゲートを有するEEPROMのさらに別のメモリセルアレイを示す平面図である。
【図8】 電荷蓄積層として浮遊ゲートを有するEEPROMのさらに別のメモリセルアレイを示す平面図である。
【図9】 電荷蓄積層として浮遊ゲートを有するEEPROMのさらに別のメモリセルアレイを示す平面図である。
【図10】 電荷蓄積層として積層絶縁膜を有するMONOS構造であるメモリセルアレイを示す平面図である。
【図11】 電荷蓄積層としてMISキャパシタを有するDRAM構造であるメモリセルアレイを示す平面図である。
【図12】 電荷蓄積層として積層絶縁膜を有するMONOS構造であるメモリセルアレイを示す平面図である。
【図13】 本発明の半導体記憶装置において電荷蓄積層として浮遊ゲートを有する半導体記憶装置の図1におけるA−A’断面図に対応する断面図である。
【図14】 電荷蓄積層として浮遊ゲートを有する半導体記憶装置の図1におけるB−B’断面図に対応する断面図である。
【図15】 電荷蓄積層として浮遊ゲートを有する別の半導体記憶装置の図1におけるA−A’断面図に対応する断面図である。
【図16】 電荷蓄積層として浮遊ゲートを有する別の半導体記憶装置の図1におけるB−B’断面図に対応する断面図である。
【図17】 電荷蓄積層として浮遊ゲートを有するさらに別の半導体記憶装置の図1におけるA−A’断面図に対応する断面図である。
【図18】 電荷蓄積層として浮遊ゲートを有するさらに別の半導体記憶装置の図1におけるB−B’断面図に対応する断面図である。
【図19】 電荷蓄積層として浮遊ゲートを有するさらに別の半導体記憶装置の図1におけるA−A’断面図に対応する断面図である。
【図20】 電荷蓄積層として浮遊ゲートを有するさらに別の半導体記憶装置の図1におけるB−B’断面図に対応する断面図である。
【図21】 電荷蓄積層として浮遊ゲートを有するさらに別の半導体記憶装置の図1におけるA−A’断面図に対応する断面図である。
【図22】 電荷蓄積層として浮遊ゲートを有するさらに別の半導体記憶装置の図1におけるB−B’断面図に対応する断面図である。
【図23】 電荷蓄積層として浮遊ゲートを有するさらに別の半導体記憶装置の図1におけるA−A’断面図に対応する断面図である。
【図24】 電荷蓄積層として浮遊ゲートを有するさらに別の半導体記憶装置の図1におけるB−B’断面図に対応する断面図である。
【図25】 電荷蓄積層として浮遊ゲートを有するさらに別の半導体記憶装置の図1におけるA−A’断面図に対応する断面図である。
【図26】 電荷蓄積層として浮遊ゲートを有するさらに別の半導体記憶装置の図1におけるB−B’断面図に対応する断面図である。
【図27】 電荷蓄積層として浮遊ゲートを有するさらに別の半導体記憶装置の図1におけるA−A’断面図に対応する断面図である。
【図28】 電荷蓄積層として浮遊ゲートを有するさらに別の半導体記憶装置の図1におけるB−B’断面図に対応する断面図である。
【図29】 電荷蓄積層として浮遊ゲートを有するさらに別の半導体記憶装置の図1におけるA−A’断面図に対応する断面図である。
【図30】 電荷蓄積層として浮遊ゲートを有するさらに別の半導体記憶装置の図1におけるB−B’断面図に対応する断面図である。
【図31】 電荷蓄積層として浮遊ゲートを有するさらに別の半導体記憶装置の図1におけるA−A’断面図に対応する断面図である。
【図32】 電荷蓄積層として浮遊ゲートを有するさらに別の半導体記憶装置の図1におけるB−B’断面図に対応する断面図である。
【図33】 電荷蓄積層として浮遊ゲートを有するさらに別の半導体記憶装置の図1におけるA−A’断面図に対応する断面図である。
【図34】 電荷蓄積層として浮遊ゲートを有するさらに別の半導体記憶装置の図1におけるB−B’断面図に対応する断面図である。
【図35】 電荷蓄積層として浮遊ゲートを有するさらに別の半導体記憶装置の図1におけるA−A’断面図に対応する断面図である。
【図36】 電荷蓄積層として浮遊ゲートを有するさらに別の半導体記憶装置の図1におけるB−B’断面図に対応する断面図である。
【図37】 電荷蓄積層として積層絶縁膜を有する半導体記憶装置の図10におけるA−A’断面図に対応する断面図である。
【図38】 電荷蓄積層として積層絶縁膜を有する半導体記憶装置の図10におけるB−B’断面図に対応する断面図である。
【図39】 電荷蓄積層として積層絶縁膜を有する別の半導体記憶装置の図10におけるA−A’断面図に対応する断面図である。
【図40】 電荷蓄積層として積層絶縁膜を有する別の半導体記憶装置の図10におけるB−B’断面図に対応する断面図である。
【図41】 電荷蓄積層として積層絶縁膜を有するさらに別の半導体記憶装置の図10におけるA−A’断面図に対応する断面図である。
【図42】 電荷蓄積層として積層絶縁膜を有するさらに別の半導体記憶装置の図10におけるB−B’断面図に対応する断面図である。
【図43】 電荷蓄積層として積層絶縁膜を有するさらに別の半導体記憶装置の図10におけるA−A’断面図に対応する断面図である。
【図44】 電荷蓄積層として積層絶縁膜を有するさらに別の半導体記憶装置の図10におけるB−B’断面図に対応する断面図である。
【図45】 電荷蓄積層として積層絶縁膜を有するさらに別の半導体記憶装置の図10におけるA−A’断面図に対応する断面図である。
【図46】 電荷蓄積層として積層絶縁膜を有するさらに別の半導体記憶装置の図10におけるB−B’断面図に対応する断面図である。
【図47】 電荷蓄積層として積層絶縁膜を有するさらに別の半導体記憶装置の図10におけるA−A’断面図に対応する断面図である。
【図48】 電荷蓄積層として積層絶縁膜を有するさらに別の半導体記憶装置の図10におけるB−B’断面図に対応する断面図である。
【図49】 電荷蓄積層としてMISキャパシタを有する半導体記憶装置の図11におけるA−A’断面図に対応する断面図である。
【図50】 電荷蓄積層としてMISキャパシタを有する半導体記憶装置の図11におけるB−B’断面図に対応する断面図である。
【図51】 電荷蓄積層としてMISキャパシタを有する別の半導体記憶装置の図11におけるA−A’断面図に対応する断面図である。
【図52】 電荷蓄積層としてMISキャパシタを有する別の半導体記憶装置の図11におけるB−B’断面図に対応する断面図である。
【図53】 電荷蓄積層としてMISキャパシタを有するさらに別の半導体記憶装置の図11におけるA−A’断面図に対応する断面図である。
【図54】 電荷蓄積層としてMISキャパシタを有するさらに別の半導体記憶装置の図11におけるB−B’断面図に対応する断面図である。
【図55】 電荷蓄積層としてMISトランジスタを有する半導体記憶装置の図12におけるJ1−J1′断面図に対応する断面図である。
【図56】 電荷蓄積層としてMISトランジスタを有する半導体記憶装置の図12におけるJ2−J2′断面図に対応する断面図である。
【図57】 電荷蓄積層としてMISトランジスタを有する別の半導体記憶装置の図12におけるK1−K1′断面図に対応する断面図である。
【図58】 電荷蓄積層としてMISトランジスタを有する別の半導体記憶装置の図12におけるK2−K2′断面図に対応する断面図である。
【図59】 本発明の半導体記憶装置の等価回路図である。
【図60】 本発明の半導体記憶装置の別の等価回路図である。
【図61】 本発明の半導体記憶装置のさらに別の等価回路図である。
【図62】 本発明のMONOS構造のメモリセルアレイを有する半導体記憶装置のさらに別の等価回路図である。
【図63】 本発明のMONOS構造のメモリセルアレイを有する半導体記憶装置のさらに別の等価回路図である。
【図64】 本発明のDRAM構造のメモリセルアレイを有する半導体記憶装置のさらに別の等価回路図である。
【図65】 本発明のDRAM構造のメモリセルアレイを有する半導体記憶装置のさらに別の等価回路図である。
【図66】 本発明のDRAM構造のメモリセルアレイを有する半導体記憶装置のさらに別の等価回路図である。
【図67】 本発明のDRAM構造のメモリセルアレイを有する半導体記憶装置のさらに別の等価回路図である。
【図68】 本発明の半導体記憶装置のさらに別の等価回路図である。
【図69】 本発明の半導体記憶装置のさらに別の等価回路図である。
【図70】 本発明のSRAM構造のメモリセルアレイを有する半導体記憶装置のさらに別の等価回路図である。
【図71】 本発明のSRAM構造のメモリセルアレイを有する半導体記憶装置のさらに別の等価回路図である。
【図72】 本発明の半導体記憶装置の製造例1を示す断面(図1のA−A’線)工程図である。
【図73】 本発明の半導体記憶装置の製造例1を示す断面(図1のA−A’線)工程図である。
【図74】 本発明の半導体記憶装置の製造例1を示す断面(図1のA−A’線)工程図である。
【図75】 本発明の半導体記憶装置の製造例1を示す断面(図1のA−A’線)工程図である。
【図76】 本発明の半導体記憶装置の製造例1を示す断面(図1のA−A’線)工程図である。
【図77】 本発明の半導体記憶装置の製造例1を示す断面(図1のA−A’線)工程図である。
【図78】 本発明の半導体記憶装置の製造例1を示す断面(図1のA−A’線)工程図である。
【図79】 本発明の半導体記憶装置の製造例1を示す断面(図1のA−A’線)工程図である。
【図80】 本発明の半導体記憶装置の製造例1を示す断面(図1のA−A’線)工程図である。
【図81】 本発明の半導体記憶装置の製造例1を示す断面(図1のA−A’線)工程図である。
【図82】 本発明の半導体記憶装置の製造例1を示す断面(図1のA−A’線)工程図である。
【図83】 本発明の半導体記憶装置の製造例1を示す断面(図1のA−A’線)工程図である。
【図84】 本発明の半導体記憶装置の製造例1を示す断面(図1のA−A’線)工程図である。
【図85】 本発明の半導体記憶装置の製造例1を示す断面(図1のA−A’線)工程図である。
【図86】 本発明の半導体記憶装置の製造例1を示す断面(図1のA−A’線)工程図である。
【図87】 本発明の半導体記憶装置の製造例1を示す断面(図1のA−A’線)工程図である。
【図88】 本発明の半導体記憶装置の製造例1を示す断面(図1のA−A’線)工程図である。
【図89】 本発明の半導体記憶装置の製造例1を示す断面(図1のA−A’線)工程図である。
【図90】 本発明の半導体記憶装置の製造例1を示す断面(図1のA−A’線)工程図である。
【図91】 本発明の半導体記憶装置の製造例1を示す断面(図1のA−A’線)工程図である。
【図92】 本発明の半導体記憶装置の製造例1を示す断面(図1のA−A’線)工程図である。
【図93】 本発明の半導体記憶装置の製造例1を示す断面(図1のA−A’線)工程図である。
【図94】 本発明の半導体記憶装置の製造例1を示す断面(図1のA−A’線)工程図である。
【図95】 本発明の半導体記憶装置の製造例1を示す断面(図1のA−A’線)工程図である。
【図96】 本発明の半導体記憶装置の製造例1を示す断面(図1のA−A’線)工程図である。
【図97】 本発明の半導体記憶装置の製造例1を示す断面(図1のB−B’線)工程図である。
【図98】 本発明の半導体記憶装置の製造例1を示す断面(図1のB−B’線)工程図である。
【図99】 本発明の半導体記憶装置の製造例1を示す断面(図1のB−B’線)工程図である。
【図100】 本発明の半導体記憶装置の製造例1を示す断面(図1のB−B’線)工程図である。
【図101】 本発明の半導体記憶装置の製造例1を示す断面(図1のB−B’線)工程図である。
【図102】 本発明の半導体記憶装置の製造例1を示す断面(図1のB−B’線)工程図である。
【図103】 本発明の半導体記憶装置の製造例1を示す断面(図1のB−B’線)工程図である。
【図104】 本発明の半導体記憶装置の製造例1を示す断面(図1のB−B’線)工程図である。
【図105】 本発明の半導体記憶装置の製造例1を示す断面(図1のB−B’線)工程図である。
【図106】 本発明の半導体記憶装置の製造例1を示す断面(図1のB−B’線)工程図である。
【図107】 本発明の半導体記憶装置の製造例1を示す断面(図1のB−B’線)工程図である。
【図108】 本発明の半導体記憶装置の製造例1を示す断面(図1のB−B’線)工程図である。
【図109】 本発明の半導体記憶装置の製造例1を示す断面(図1のB−B’線)工程図である。
【図110】 本発明の半導体記憶装置の製造例1を示す断面(図1のB−B’線)工程図である。
【図111】 本発明の半導体記憶装置の製造例1を示す断面(図1のB−B’線)工程図である。
【図112】 本発明の半導体記憶装置の製造例1を示す断面(図1のB−B’線)工程図である。
【図113】 本発明の半導体記憶装置の製造例1を示す断面(図1のB−B’線)工程図である。
【図114】 本発明の半導体記憶装置の製造例1を示す断面(図1のB−B’線)工程図である。
【図115】 本発明の半導体記憶装置の製造例1を示す断面(図1のB−B’線)工程図である。
【図116】 本発明の半導体記憶装置の製造例1を示す断面(図1のB−B’線)工程図である。
【図117】 本発明の半導体記憶装置の製造例1を示す断面(図1のB−B’線)工程図である。
【図118】 本発明の半導体記憶装置の製造例1を示す断面(図1のB−B’線)工程図である。
【図119】 本発明の半導体記憶装置の製造例1を示す断面(図1のB−B’線)工程図である。
【図120】 本発明の半導体記憶装置の製造例1を示す断面(図1のB−B’線)工程図である。
【図121】 本発明の半導体記憶装置の製造例1を示す断面(図1のB−B’線)工程図である。
【図122】 本発明の半導体記憶装置の製造例2を示す断面(図10のA−A’線)工程図である。
【図123】 本発明の半導体記憶装置の製造例2を示す断面(図10のA−A’線)工程図である。
【図124】 本発明の半導体記憶装置の製造例2を示す断面(図10のA−A’線)工程図である。
【図125】 本発明の半導体記憶装置の製造例2を示す断面(図10のA−A’線)工程図である。
【図126】 本発明の半導体記憶装置の製造例2を示す断面(図10のA−A’線)工程図である。
【図127】 本発明の半導体記憶装置の製造例2を示す断面(図10のA−A’線)工程図である。
【図128】 本発明の半導体記憶装置の製造例2を示す断面(図10のA−A’線)工程図である。
【図129】 本発明の半導体記憶装置の製造例2を示す断面(図10のA−A’線)工程図である。
【図130】 本発明の半導体記憶装置の製造例2を示す断面(図10のA−A’線)工程図である。
【図131】 本発明の半導体記憶装置の製造例2を示す断面(図10のA−A’線)工程図である。
【図132】 本発明の半導体記憶装置の製造例2を示す断面(図10のA−A’線)工程図である。
【図133】 本発明の半導体記憶装置の製造例2を示す断面(図10のA−A’線)工程図である。
【図134】 本発明の半導体記憶装置の製造例2を示す断面(図10のA−A’線)工程図である。
【図135】 本発明の半導体記憶装置の製造例2を示す断面(図10のA−A’線)工程図である。
【図136】 本発明の半導体記憶装置の製造例2を示す断面(図10のA−A’線)工程図である。
【図137】 本発明の半導体記憶装置の製造例2を示す断面(図10のA−A’線)工程図である。
【図138】 本発明の半導体記憶装置の製造例2を示す断面(図10のA−A’線)工程図である。
【図139】 本発明の半導体記憶装置の製造例2を示す断面(図10のA−A’線)工程図である。
【図140】 本発明の半導体記憶装置の製造例2を示す断面(図10のB−B’線)工程図である。
【図141】 本発明の半導体記憶装置の製造例2を示す断面(図10のB−B’線)工程図である。
【図142】 本発明の半導体記憶装置の製造例2を示す断面(図10のB−B’線)工程図である。
【図143】 本発明の半導体記憶装置の製造例2を示す断面(図10のB−B’線)工程図である。
【図144】 本発明の半導体記憶装置の製造例2を示す断面(図10のB−B’線)工程図である。
【図145】 本発明の半導体記憶装置の製造例2を示す断面(図10のB−B’線)工程図である。
【図146】 本発明の半導体記憶装置の製造例2を示す断面(図10のB−B’線)工程図である。
【図147】 本発明の半導体記憶装置の製造例2を示す断面(図10のB−B’線)工程図である。
【図148】 本発明の半導体記憶装置の製造例2を示す断面(図10のB−B’線)工程図である。
【図149】 本発明の半導体記憶装置の製造例2を示す断面(図10のB−B’線)工程図である。
【図150】 本発明の半導体記憶装置の製造例2を示す断面(図10のB−B’線)工程図である。
【図151】 本発明の半導体記憶装置の製造例2を示す断面(図10のB−B’線)工程図である。
【図152】 本発明の半導体記憶装置の製造例2を示す断面(図10のB−B’線)工程図である。
【図153】 本発明の半導体記憶装置の製造例2を示す断面(図10のB−B’線)工程図である。
【図154】 本発明の半導体記憶装置の製造例2を示す断面(図10のB−B’線)工程図である。
【図155】 本発明の半導体記憶装置の製造例2を示す断面(図10のB−B’線)工程図である。
【図156】 本発明の半導体記憶装置の製造例2を示す断面(図10のB−B’線)工程図である。
【図157】 本発明の半導体記憶装置の製造例2を示す断面(図10のB−B’線)工程図である。
【図158】 本発明の半導体記憶装置の製造例3を示す断面(図11のA−A’線)工程図である。
【図159】 本発明の半導体記憶装置の製造例3を示す断面(図11のA−A’線)工程図である。
【図160】 本発明の半導体記憶装置の製造例3を示す断面(図11のA−A’線)工程図である。
【図161】 本発明の半導体記憶装置の製造例3を示す断面(図11のA−A’線)工程図である。
【図162】 本発明の半導体記憶装置の製造例3を示す断面(図11のA−A’線)工程図である。
【図163】 本発明の半導体記憶装置の製造例3を示す断面(図11のA−A’線)工程図である。
【図164】 本発明の半導体記憶装置の製造例3を示す断面(図11のA−A’線)工程図である。
【図165】 本発明の半導体記憶装置の製造例3を示す断面(図11のA−A’線)工程図である。
【図166】 本発明の半導体記憶装置の製造例3を示す断面(図11のA−A’線)工程図である。
【図167】 本発明の半導体記憶装置の製造例3を示す断面(図11のA−A’線)工程図である。
【図168】 本発明の半導体記憶装置の製造例3を示す断面(図11のA−A’線)工程図である。
【図169】 本発明の半導体記憶装置の製造例3を示す断面(図11のA−A’線)工程図である。
【図170】 本発明の半導体記憶装置の製造例3を示す断面(図11のA−A’線)工程図である。
【図171】 本発明の半導体記憶装置の製造例3を示す断面(図11のA−A’線)工程図である。
【図172】 本発明の半導体記憶装置の製造例3を示す断面(図11のB−B’線)工程図である。
【図173】 本発明の半導体記憶装置の製造例3を示す断面(図11のB−B’線)工程図である。
【図174】 本発明の半導体記憶装置の製造例3を示す断面(図11のB−B’線)工程図である。
【図175】 本発明の半導体記憶装置の製造例3を示す断面(図11のB−B’線)工程図である。
【図176】 本発明の半導体記憶装置の製造例3を示す断面(図11のB−B’線)工程図である。
【図177】 本発明の半導体記憶装置の製造例3を示す断面(図11のB−B’線)工程図である。
【図178】 本発明の半導体記憶装置の製造例3を示す断面(図11のB−B’線)工程図である。
【図179】 本発明の半導体記憶装置の製造例3を示す断面(図11のB−B’線)工程図である。
【図180】 本発明の半導体記憶装置の製造例3を示す断面(図11のB−B’線)工程図である。
【図181】 本発明の半導体記憶装置の製造例3を示す断面(図11のB−B’線)工程図である。
【図182】 本発明の半導体記憶装置の製造例3を示す断面(図11のB−B’線)工程図である。
【図183】 本発明の半導体記憶装置の製造例3を示す断面(図11のB−B’線)工程図である。
【図184】 本発明の半導体記憶装置の製造例3を示す断面(図11のB−B’線)工程図である。
【図185】 本発明の半導体記憶装置の製造例3を示す断面(図11のB−B’線)工程図である。
【図186】 本発明の半導体記憶装置の製造例4を示す断面(図1のA−A’線)工程図である。
【図187】 本発明の半導体記憶装置の製造例4を示す断面(図1のA−A’線)工程図である。
【図188】 本発明の半導体記憶装置の製造例4を示す断面(図1のA−A’線)工程図である。
【図189】 本発明の半導体記憶装置の製造例4を示す断面(図1のA−A’線)工程図である。
【図190】 本発明の半導体記憶装置の製造例4を示す断面(図1のA−A’線)工程図である。
【図191】 本発明の半導体記憶装置の製造例4を示す断面(図1のA−A’線)工程図である。
【図192】 本発明の半導体記憶装置の製造例4を示す断面(図1のA−A’線)工程図である。
【図193】 本発明の半導体記憶装置の製造例4を示す断面(図1のA−A’線)工程図である。
【図194】 本発明の半導体記憶装置の製造例4を示す断面(図1のA−A’線)工程図である。
【図195】 本発明の半導体記憶装置の製造例4を示す断面(図1のA−A’線)工程図である。
【図196】 本発明の半導体記憶装置の製造例4を示す断面(図1のB−B’線)工程図である。
【図197】 本発明の半導体記憶装置の製造例4を示す断面(図1のB−B’線)工程図である。
【図198】 本発明の半導体記憶装置の製造例4を示す断面(図1のB−B’線)工程図である。
【図199】 本発明の半導体記憶装置の製造例4を示す断面(図1のB−B’線)工程図である。
【図200】 本発明の半導体記憶装置の製造例4を示す断面(図1のB−B’線)工程図である。
【図201】 本発明の半導体記憶装置の製造例4を示す断面(図1のB−B’線)工程図である。
【図202】 本発明の半導体記憶装置の製造例4を示す断面(図1のB−B’線)工程図である。
【図203】 本発明の半導体記憶装置の製造例4を示す断面(図1のB−B’線)工程図である。
【図204】 本発明の半導体記憶装置の製造例4を示す断面(図1のB−B’線)工程図である。
【図205】 本発明の半導体記憶装置の製造例4を示す断面(図1のB−B’線)工程図である。
【図206】 本発明の半導体記憶装置の製造例5を示す断面(図1のA−A’線)工程図である。
【図207】 本発明の半導体記憶装置の製造例5を示す断面(図1のB−B’線)工程図である。
【図208】 本発明の半導体記憶装置の製造例6を示す断面(図5のA−A’線)工程図である。
【図209】 本発明の半導体記憶装置の製造例6を示す断面(図5のA−A’線)工程図である。
【図210】 本発明の半導体記憶装置の製造例6を示す断面(図5のA−A’線)工程図である。
【図211】 本発明の半導体記憶装置の製造例6を示す断面(図5のA−A’線)工程図である。
【図212】 本発明の半導体記憶装置の製造例6を示す断面(図5のA−A’線)工程図である。
【図213】 本発明の半導体記憶装置の製造例6を示す断面(図5のA−A’線)工程図である。
【図214】 本発明の半導体記憶装置の製造例6を示す断面(図5のA−A’線)工程図である。
【図215】 本発明の半導体記憶装置の製造例6を示す断面(図5のA−A’線)工程図である。
【図216】 本発明の半導体記憶装置の製造例6を示す断面(図5のA−A’線)工程図である。
【図217】 本発明の半導体記憶装置の製造例6を示す断面(図5のA−A’線)工程図である。
【図218】 本発明の半導体記憶装置の製造例6を示す断面(図5のA−A’線)工程図である。
【図219】 本発明の半導体記憶装置の製造例6を示す断面(図5のA−A’線)工程図である。
【図220】 本発明の半導体記憶装置の製造例6を示す断面(図5のA−A’線)工程図である。
【図221】 本発明の半導体記憶装置の製造例6を示す断面(図5のA−A’線)工程図である。
【図222】 本発明の半導体記憶装置の製造例6を示す断面(図5のA−A’線)工程図である。
【図223】 本発明の半導体記憶装置の製造例6を示す断面(図5のA−A’線)工程図である。
【図224】 本発明の半導体記憶装置の製造例6を示す断面(図5のA−A’線)工程図である。
【図225】 本発明の半導体記憶装置の製造例6を示す断面(図5のA−A’線)工程図である。
【図226】 本発明の半導体記憶装置の製造例6を示す断面(図5のA−A’線)工程図である。
【図227】 本発明の半導体記憶装置の製造例6を示す断面(図5のA−A’線)工程図である。
【図228】 本発明の半導体記憶装置の製造例6を示す断面(図5のA−A’線)工程図である。
【図229】 本発明の半導体記憶装置の製造例6を示す断面(図5のB−B’線)工程図である。
【図230】 本発明の半導体記憶装置の製造例6を示す断面(図5のB−B’線)工程図である。
【図231】 本発明の半導体記憶装置の製造例6を示す断面(図5のB−B’線)工程図である。
【図232】 本発明の半導体記憶装置の製造例6を示す断面(図5のB−B’線)工程図である。
【図233】 本発明の半導体記憶装置の製造例6を示す断面(図5のB−B’線)工程図である。
【図234】 本発明の半導体記憶装置の製造例6を示す断面(図5のB−B’線)工程図である。
【図235】 本発明の半導体記憶装置の製造例6を示す断面(図5のB−B’線)工程図である。
【図236】 本発明の半導体記憶装置の製造例6を示す断面(図5のB−B’線)工程図である。
【図237】 本発明の半導体記憶装置の製造例6を示す断面(図5のB−B’線)工程図である。
【図238】 本発明の半導体記憶装置の製造例6を示す断面(図5のB−B’線)工程図である。
【図239】 本発明の半導体記憶装置の製造例6を示す断面(図5のB−B’線)工程図である。
【図240】 本発明の半導体記憶装置の製造例6を示す断面(図5のB−B’線)工程図である。
【図241】 本発明の半導体記憶装置の製造例6を示す断面(図5のB−B’線)工程図である。
【図242】 本発明の半導体記憶装置の製造例6を示す断面(図5のB−B’線)工程図である。
【図243】 本発明の半導体記憶装置の製造例6を示す断面(図5のB−B’線)工程図である。
【図244】 本発明の半導体記憶装置の製造例6を示す断面(図5のB−B’線)工程図である。
【図245】 本発明の半導体記憶装置の製造例6を示す断面(図5のB−B’線)工程図である。
【図246】 本発明の半導体記憶装置の製造例6を示す断面(図5のB−B’線)工程図である。
【図247】 本発明の半導体記憶装置の製造例6を示す断面(図5のB−B’線)工程図である。
【図248】 本発明の半導体記憶装置の製造例6を示す断面(図5のB−B’線)工程図である。
【図249】 本発明の半導体記憶装置の製造例6を示す断面(図5のB−B’線)工程図である。
【図250】 本発明の半導体記憶装置の製造例7を示す断面(図1のA−A’線)工程図である。
【図251】 本発明の半導体記憶装置の製造例7を示す断面(図1のA−A’線)工程図である。
【図252】 本発明の半導体記憶装置の製造例7を示す断面(図1のA−A’線)工程図である。
【図253】 本発明の半導体記憶装置の製造例7を示す断面(図1のB−B’線)工程図である。
【図254】 本発明の半導体記憶装置の製造例7を示す断面(図1のB−B’線)工程図である。
【図255】 本発明の半導体記憶装置の製造例7を示す断面(図1のB−B’線)工程図である。
【図256】 本発明の半導体記憶装置の製造例7を示す断面(図1のA−A’線)工程図である。
【図257】 本発明の半導体記憶装置の製造例7を示す断面(図1のA−A’線)工程図である。
【図258】 本発明の半導体記憶装置の製造例7を示す断面(図1のA−A’線)工程図である。
【図259】 本発明の半導体記憶装置の製造例7を示す断面(図1のB−B’線)工程図である。
【図260】 本発明の半導体記憶装置の製造例7を示す断面(図1のB−B’線)工程図である。
【図261】 本発明の半導体記憶装置の製造例7を示す断面(図1のB−B’線)工程図である。
【図262】 本発明の半導体記憶装置の製造例8を示す断面(図1のA−A’線)工程図である。
【図263】 本発明の半導体記憶装置の製造例8を示す断面(図1のB−B’線)工程図である。
【図264】 本発明の半導体記憶装置の製造例9を示す断面(図1のA−A’線)工程図である。
【図265】 本発明の半導体記憶装置の製造例9を示す断面(図1のA−A’線)工程図である。
【図266】 本発明の半導体記憶装置の製造例9を示す断面(図1のA−A’線)工程図である。
【図267】 本発明の半導体記憶装置の製造例9を示す断面(図1のB−B’線)工程図である。
【図268】 本発明の半導体記憶装置の製造例9を示す断面(図1のB−B’線)工程図である。
【図269】 本発明の半導体記憶装置の製造例9を示す断面(図1のB−B’線)工程図である。
【図270】 本発明の半導体記憶装置の製造例10を示す断面(図1のA−A’線)工程図である。
【図271】 本発明の半導体記憶装置の製造例10を示す断面(図1のA−A’線)工程図である。
【図272】 本発明の半導体記憶装置の製造例10を示す断面(図1のB−B’線)工程図である。
【図273】 本発明の半導体記憶装置の製造例10を示す断面(図1のB−B’線)工程図である。
【図274】 本発明の半導体記憶装置の製造例11を示す断面(図1のA−A’線)工程図である。
【図275】 本発明の半導体記憶装置の製造例11を示す断面(図1のA−A’線)工程図である。
【図276】 本発明の半導体記憶装置の製造例11を示す断面(図1のA−A’線)工程図である。
【図277】 本発明の半導体記憶装置の製造例11を示す断面(図1のA−A’線)工程図である。
【図278】 本発明の半導体記憶装置の製造例11を示す断面(図1のA−A’線)工程図である。
【図279】 本発明の半導体記憶装置の製造例11を示す断面(図1のA−A’線)工程図である。
【図280】 本発明の半導体記憶装置の製造例11を示す断面(図1のB−B’線)工程図である。
【図281】 本発明の半導体記憶装置の製造例11を示す断面(図1のB−B’線)工程図である。
【図282】 本発明の半導体記憶装置の製造例11を示す断面(図1のB−B’線)工程図である。
【図283】 本発明の半導体記憶装置の製造例11を示す断面(図1のB−B’線)工程図である。
【図284】 本発明の半導体記憶装置の製造例11を示す断面(図1のB−B’線)工程図である。
【図285】 本発明の半導体記憶装置の製造例11を示す断面(図1のB−B’線)工程図である。
【図286】 本発明の半導体記憶装置の製造例12を示す断面(図1のA−A’線)工程図である。
【図287】 本発明の半導体記憶装置の製造例12を示す断面(図1のA−A’線)工程図である。
【図288】 本発明の半導体記憶装置の製造例12を示す断面(図1のA−A’線)工程図である。
【図289】 本発明の半導体記憶装置の製造例12を示す断面(図1のA−A’線)工程図である。
【図290】 本発明の半導体記憶装置の製造例12を示す断面(図1のB−B’線)工程図である。
【図291】 本発明の半導体記憶装置の製造例12を示す断面(図1のB−B’線)工程図である。
【図292】 本発明の半導体記憶装置の製造例12を示す断面(図1のB−B’線)工程図である。
【図293】 本発明の半導体記憶装置の製造例12を示す断面(図1のB−B’線)工程図である。
【図294】 本発明の半導体記憶装置の製造例13を示す断面(図1のA−A’線)工程図である。
【図295】 本発明の半導体記憶装置の製造例13を示す断面(図1のA−A’線)工程図である。
【図296】 本発明の半導体記憶装置の製造例13を示す断面(図1のB−B’線)工程図である。
【図297】 本発明の半導体記憶装置の製造例13を示す断面(図1のB−B’線)工程図である。
【図298】 本発明の半導体記憶装置の製造例14を示す断面(図1のA−A’線)工程図である。
【図299】 本発明の半導体記憶装置の製造例14を示す断面(図1のB−B’線)工程図である。
【図300】 本発明の半導体記憶装置の製造例15を示す断面(図1のA−A’線)工程図である。
【図301】 本発明の半導体記憶装置の製造例15を示す断面(図1のB−B’線)工程図である。
【図302】 本発明の半導体記憶装置の製造例16を示す断面(図1のA−A’線)工程図である。
【図303】 本発明の半導体記憶装置の製造例16を示す断面(図1のA−A’線)工程図である。
【図304】 本発明の半導体記憶装置の製造例16を示す断面(図1のB−B’線)工程図である。
【図305】 本発明の半導体記憶装置の製造例16を示す断面(図1のB−B’線)工程図である。
【図306】 本発明の半導体記憶装置の製造例17を示す断面(図1のA−A’線)工程図である。
【図307】 本発明の半導体記憶装置の製造例17を示す断面(図1のA−A’線)工程図である。
【図308】 本発明の半導体記憶装置の製造例17を示す断面(図1のB−B’線)工程図である。
【図309】 本発明の半導体記憶装置の製造例17を示す断面(図1のB−B’線)工程図である。
【図310】 本発明の半導体記憶装置の製造例18を示す断面(図1のA−A’線)工程図である。
【図311】 本発明の半導体記憶装置の製造例18を示す断面(図1のA−A’線)工程図である。
【図312】 本発明の半導体記憶装置の製造例18を示す断面(図1のA−A’線)工程図である。
【図313】 本発明の半導体記憶装置の製造例18を示す断面(図1のA−A’線)工程図である。
【図314】 本発明の半導体記憶装置の製造例18を示す断面(図1のB−B’線)工程図である。
【図315】 本発明の半導体記憶装置の製造例18を示す断面(図1のB−B’線)工程図である。
【図316】 本発明の半導体記憶装置の製造例18を示す断面(図1のB−B’線)工程図である。
【図317】 本発明の半導体記憶装置の製造例18を示す断面(図1のB−B’線)工程図である。
【図318】 本発明の半導体記憶装置の製造例19を示す断面(図1のA−A’線)工程図である。
【図319】 本発明の半導体記憶装置の製造例19を示す断面(図1のA−A’線)工程図である。
【図320】 本発明の半導体記憶装置の製造例19を示す断面(図1のA−A’線)工程図である。
【図321】 本発明の半導体記憶装置の製造例19を示す断面(図1のA−A’線)工程図である。
【図322】 本発明の半導体記憶装置の製造例19を示す断面(図1のA−A’線)工程図である。
【図323】 本発明の半導体記憶装置の製造例19を示す断面(図1のA−A’線)工程図である。
【図324】 本発明の半導体記憶装置の製造例19を示す断面(図1のB−B’線)工程図である。
【図325】 本発明の半導体記憶装置の製造例19を示す断面(図1のB−B’線)工程図である。
【図326】 本発明の半導体記憶装置の製造例19を示す断面(図1のB−B’線)工程図である。
【図327】 本発明の半導体記憶装置の製造例19を示す断面(図1のB−B’線)工程図である。
【図328】 本発明の半導体記憶装置の製造例19を示す断面(図1のB−B’線)工程図である。
【図329】 本発明の半導体記憶装置の製造例19を示す断面(図1のB−B’線)工程図である。
【図330】 本発明の半導体記憶装置の製造例20を示す断面(図8、9のH−H’線)工程図である。
【図331】 本発明の半導体記憶装置の製造例20を示す断面(図8、9のI1−I1′線)工程図である。
【図332】 本発明の半導体記憶装置の製造例20を示す断面(図8、9のI2−I2′線)工程図である。
【図333】 本発明の半導体記憶装置の製造例20を示す断面(図8、9のI3−I3′線)工程図である。
【図334】 本発明の半導体記憶装置の製造例20を示す断面(図8、9のI4−I4′線)工程図である。
【図335】 本発明の半導体記憶装置の製造例20を示す断面(図8、9のI5−I5′線)工程図である。
【図336】 本発明の半導体記憶装置の製造例20を示す別の断面(図8、9のH−H’線)工程図である。
【図337】 本発明の半導体記憶装置の製造例20を示す別の断面(図8、9のI1−I1′線)工程図である。
【図338】 本発明の半導体記憶装置の製造例20を示す別の断面(図8、9のI2−I2′線)工程図である。
【図339】 本発明の半導体記憶装置の製造例20を示す別の断面(図8、9のI3−I3′線)工程図である。
【図340】 本発明の半導体記憶装置の製造例20を示す別の断面(図8、9のI4−I4′線)工程図である。
【図341】 本発明の半導体記憶装置の製造例20を示す別の断面(図8、9のI5−I5′線)工程図である。
【図342】 本発明の半導体記憶装置の製造例21を示す断面(図11のA−A’線)工程図である。
【図343】 本発明の半導体記憶装置の製造例21を示す断面(図11のB−B’線)工程図である。
【図344】 従来のEEPROMを示す平面図である。
【図345】 図269のA−A’及びB−B’断面図である。
【図346】 従来のEEPROMの製造方法を示す工程断面図である。
【図347】 従来のEEPROMの製造方法を示す工程断面図である。
【図348】 従来のEEPROMの製造方法を示す工程断面図である。
【図349】 従来のEEPROMの製造方法を示す工程断面図である。
【図350】 従来のEEPROMの平面図及び対応する等価回路図である。
【図351】 従来のMNOS構造のメモリセルの断面図である
【図352】 従来の別のMNOS構造のメモリセルの断面図である
【図353】 一つの柱状シリコン層に複数のメモリセルを形成した半導体装置の断面図である。
【符号の説明】
1100、3100 シリコン基板(半導体基板)
1101 SOI半導体基板(半導体基板)
1110、3110 島状半導体層
1210、1220、1230、1240 溝部
1400、1410、1420、1440、1431、1432、1433、1434、1421、1422、1423、1424、1425、1482、1483、1450、1462、1471、1472、1473、1474、1475、1451、1454、1490、1491、3420、3431、3434、3471 シリコン酸化膜
1310、1320、1330、1342、1350、1360、1370、1381、1382、1383、1384、1385、1390 シリコン窒化膜
1510、1511、1512、1513、1514、1520、1521、1522、1523、1524、1530、3511、3512、3513、3514 多結晶シリコン膜
1612、1613 層間絶縁膜
1622、1623 積層絶縁膜
1710、1721、1722、1723、1724、1725、1726、1727、3710、3721、3724 不純物拡散層
1810、1821、1824、1832、1833、1840、3840、3850 配線層
1910、1921、1932、1933、1924 コンタクト部
R5、R6R8 レジスト
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor memory device and a manufacturing method thereof, and more particularly to a semiconductor memory device including a memory transistor having a charge storage layer and a control gate and a manufacturing method thereof.
[0002]
[Prior art]
As a memory cell of an EEPROM, a device having a MOS transistor structure having a charge storage layer and a control gate in a gate portion and injecting a charge into the charge storage layer using a tunnel current and discharging a charge from the charge storage layer Are known. In this memory cell, the difference in threshold voltage due to the difference in charge storage state of the charge storage layer is stored as data “0” and “1”. For example, in the case of an n-channel memory cell using a floating gate as a charge storage layer, in order to inject electrons into the floating gate, the source and drain diffusion layers and the substrate are grounded and a positive high voltage is applied to the control gate. . At this time, electrons are injected from the substrate side into the floating gate by a tunnel current. By this electron injection, the threshold voltage of the memory cell moves in the positive direction. In order to discharge the electrons of the floating gate, the control gate is grounded and a positive high voltage is applied to any of the source, drain diffusion layer, and substrate. At this time, electrons on the substrate side are emitted from the floating gate by a tunnel current. Due to this electron emission, the threshold voltage of the memory cell moves in the negative direction.
[0003]
In the above operation, in order to efficiently perform electron injection and emission, that is, writing and erasing, the relationship of capacitive coupling between the floating gate and the control gate and between the floating gate and the substrate is important. That is, as the capacitance between the floating gate and the control gate increases, the potential of the control gate can be effectively transmitted to the floating gate, and writing and erasing are facilitated.
However, due to advances in semiconductor technology in recent years, particularly advances in microfabrication technology, the size and capacity of EEPROM memory cells are rapidly increasing. Therefore, the memory cell area is small, and how to secure a large capacity between the floating gate and the control gate is an important problem.
In order to increase the capacitance between the floating gate and the control gate, the gate insulating film between them is thinned, the dielectric constant is increased, or the opposing area of the floating gate and the control gate is increased. is required.
[0004]
However, thinning the gate insulating film has a limit in reliability. In order to increase the dielectric constant of the gate insulating film, for example, it is conceivable to use a silicon nitrogen film or the like instead of the silicon oxide film, but this also has a problem mainly in reliability and is not practical.
Therefore, in order to secure a sufficient capacity, it is necessary to secure an overlap area of the floating gate and the control gate at a certain value or more. This becomes an obstacle to reducing the memory cell area and increasing the capacity of the EEPROM.
[0005]
On the other hand, in the EEPROM described in Japanese Patent No. 2877462, a memory transistor is configured by using the side walls of a plurality of columnar semiconductor layers that are separated from each other by a grid stripe-like groove on a semiconductor substrate. That is, the memory transistor has a drain diffusion layer formed on the top surface of each columnar semiconductor layer, a common source diffusion layer formed on the bottom of the groove, a charge storage layer surrounding the entire periphery of the side wall of each columnar semiconductor layer, and a control gate. The control gate is continuously arranged for a plurality of columnar semiconductor layers in one direction to form a control gate line. In addition, a bit line connected to the drain diffusion layer of the plurality of memory transistors in a direction intersecting with the control gate line is provided, and the charge storage layer and the control gate of the memory transistor described above are formed below the columnar semiconductor layer. The In the 1-transistor / 1-cell configuration, when the memory transistor is in an over-erased state, that is, when the read potential is 0 V and the threshold value is in a negative state, the cell current flows even if it is not selected. It is. In order to prevent this reliably, a selection gate transistor having a gate electrode formed so as to surround at least a part of the periphery of the columnar semiconductor layer is provided over the columnar semiconductor layer.
[0006]
Thus, the memory cell of the conventional EEPROM has a charge storage layer and a control gate formed so as to surround the columnar semiconductor layer using the side wall of the columnar semiconductor layer. A sufficiently large capacity between the control gates can be secured. Also, the drain diffusion layer connected to the bit line of each memory cell is formed on the upper surface of the columnar semiconductor layer, and is completely electrically separated by the groove. Further, the element isolation region can be reduced, and the memory cell size is reduced. Therefore, it is possible to obtain a large capacity EEPROM in which memory cells having excellent writing and erasing efficiency are integrated.
[0007]
FIG. 344 shows a case where the columnar silicon layer 2 is cylindrical, that is, the upper surface is circular. The outer shape of the columnar silicon layer may not be cylindrical. A conventional example will be described below with reference to the drawings.
FIG. 344 is a plan view of a conventional EEPROM, and FIG. 345 is a cross-sectional view taken along lines A-A ′ and B-B ′ of FIG. 344. In FIG. 344, the selection gate line in which the gate electrodes of the selection gate and the transistor are continuously formed is not shown because it becomes complicated.
[0008]
In the conventional example, a plurality of columnar p-type silicon layers 2 separated by latticed grooves 3 are arranged in a matrix on a p-type silicon substrate 1, and each of these columnar silicon layers 2 is a memory cell region. A drain diffusion layer 10 is formed on the upper surface of each silicon layer 2, a common source diffusion layer 9 is formed at the bottom of the groove 3, and an oxide film 4 having a predetermined thickness is embedded in the bottom of the groove 3. Further, a floating gate 6 is formed below the columnar silicon layer 2 via a tunnel oxide film 5 so as to surround the columnar silicon layer 2, and a control gate 8 is formed outside the columnar silicon layer 2 via an interlayer insulating film 7. The memory transistor is formed. Here, as shown in FIG. 344 and FIG. 345 (b), the control gate 8 is continuously arranged for a plurality of memory cells in one direction, and the control gate line, that is, the word line WL (WL1, WL2,. ). Then, a gate electrode 32 is disposed on the upper part of the columnar silicon layer 2 via a gate oxide film 31 so as to surround the periphery of the column like the memory transistor, thereby forming a selection gate transistor. Similar to the control gate 8 of the memory cell, the gate electrode 32 of this transistor is continuously arranged in the same direction as the control gate line to become a selection gate line.
[0009]
As described above, the memory transistor and the select gate transistor are embedded in a state of being stacked inside the trench. One end portion of the control gate line is left as a contact portion 14 on the surface of the silicon layer, and the selection gate line is also left in the silicon layer at the opposite end to the control gate, and the word line WL and the control gate are respectively provided. Al wirings 13 and 16 to be lines CG are in contact.
A common source diffusion layer 9 of the memory cells is formed at the bottom of the trench 3, and a drain diffusion layer 10 for each memory cell is formed on the upper surface of each columnar silicon layer 2. The substrate of the memory cell thus formed is covered with a CVD oxide film 11, a contact hole is opened in this, and a bit line commonly connecting the drain diffusion layers 10 of the memory cells in a direction intersecting the word line WL Al wiring 12 to be BL (BL1, BL2,...) Is provided. When patterning the control gate line, a PEP mask is formed at the columnar silicon layer at the end of the cell array, and a contact portion 14 made of a polycrystalline silicon film continuous with the control gate line is left on the surface. In addition, an Al wiring 13 serving as a word line is contacted by an Al film formed simultaneously with the bit line BL.
[0010]
A specific manufacturing process example for obtaining the structure corresponding to FIG. 345 (a) will be described with reference to FIGS. 346 (a) to 349 (g).
[0011]
Using a wafer obtained by epitaxially growing a low impurity concentration p-type silicon layer 2 on a high impurity concentration p type silicon substrate 1, a mask layer 21 is deposited on the surface, and a photoresist pattern 22 is formed by a known PEP process. Then, the mask layer 21 is etched using this (FIG. 346 (a)).
[0012]
Then, using the mask layer 21, the silicon layer 2 is etched by a reactive ion etching method to form a lattice-like groove 3 having a depth reaching the substrate 1. Thereby, the silicon layer 2 is separated into a plurality of islands in a columnar shape. Thereafter, a silicon oxide film 23 is deposited by the CVD method, and this is left on the side wall of each columnar silicon layer 2 by anisotropic etching. Then, the drain diffusion layer 10 is formed on the upper surface of each columnar silicon layer 2 by ion implantation of n-type impurities, and the common source diffusion layer 9 is formed at the bottom of the groove (FIG. 346 (b)).
Thereafter, the oxide film 23 is etched away around each columnar silicon layer 2 by isotropic etching, and then channel ion implantation is performed on the sidewalls of each silicon layer 2 using oblique ion implantation as necessary. Instead of channel ion implantation, an oxide film containing boron may be deposited by a CVD method, and boron diffusion from the oxide film may be used. Then, a CVD silicon oxide film 4 is deposited and etched by isotropic etching to bury an oxide film having a predetermined thickness at the bottom of the groove 3.
[0013]
Next, a tunnel oxide film 5 of about 10 nm, for example, is formed around each silicon layer 2 by thermal oxidation, and then a first-layer polycrystalline silicon film is deposited. This first layer polycrystalline silicon film is etched by anisotropic etching to leave the lower side wall of the columnar silicon layer 2 to form a floating gate 6 surrounding the silicon layer 2 (FIG. 347 (c)).
Subsequently, an interlayer insulating film 7 is formed on the surface of the floating gate 6 formed around each columnar silicon layer 2. The interlayer insulating film 7 is, for example, an ONO film. Specifically, after oxidizing the surface of the floating gate 6 to a predetermined thickness, a silicon nitride film is deposited by plasma CVD, and the surface is thermally oxidized to form an ONO film. Then, a second-layer polycrystalline silicon film is deposited and etched by anisotropic etching, thereby forming the control gate 8 below the columnar silicon layer 2 (FIG. 347 (d)). At this time, the control gate 8 sets the interval between the columnar silicon layers 2 to a predetermined value or less in advance in the vertical direction of FIG. 344, so that a control gate line continuous in that direction can be used without using a mask process. It is formed. Then, the unnecessary interlayer insulating film 7 and the tunnel oxide film 2 thereunder are removed by etching, and then a CVD silicon oxide film 111 is deposited and etched to the middle of the groove 3, that is, the floating gate 7 and the control of the memory cell. It is buried until the gate 8 is hidden (FIG. 348 (e)).
[0014]
Thereafter, a gate oxide film 31 of about 20 nm is formed on the exposed columnar silicon layer 2 by thermal oxidation, and then a third-layer polycrystalline silicon film is deposited and etched by anisotropic etching to form a MOS transistor. The gate electrode 32 is formed (FIG. 348 (f)). The gate electrode 32 is also continuously patterned in the same direction as the control gate line to become a selection gate line. Although the selection gate lines can also be formed continuously by self-alignment, it is more difficult than the control gate 8 of the memory cell. This is because the memory transistor portion is a two-layer gate, whereas the select gate transistor is a single-layer gate, so that the gate electrode interval between adjacent cells is wider than the control gate interval. Therefore, in order to ensure that the gate electrode 32 continues, this is made into a two-layer polycrystalline silicon structure, and the first polycrystalline silicon film is left only in the portion where the gate electrode is connected in the mask process, and the next polycrystalline silicon film is formed. On the other hand, the technique of leaving the side wall may be used.
Note that a mask is formed in the etching of the polycrystalline silicon film so that the contact portions 14 and 15 are formed on the upper surface of the columnar silicon layer at different end portions of the control gate line and the selection gate line.
[0015]
Finally, a CVD silicon oxide film 112 is deposited, and if necessary flattened, then contact holes are opened, and Al wirings 12 and control gate lines CG that become bit lines BL are formed by vapor deposition and patterning of Al. The Al wiring 13 and the Al wiring 16 that becomes the word line WL are simultaneously formed (FIG. 349 (g)).
[0016]
FIG. 350 (a) shows a cross-sectional structure of the main part of one memory cell of this conventional EEPROM, and FIG. 275 (b) shows an equivalent circuit.
The operation of the conventional EEPROM will be briefly described with reference to FIGS. 350 (a) and 350 (b).
[0017]
First, in the case of using hot carrier injection for writing, a sufficiently high positive potential is applied to the selected word line WL, and a predetermined positive potential is applied to the selection control gate line CG and the selected bit line BL. As a result, a positive potential is transmitted to the drain of the memory transistor Qc through the selection gate transistor Qs, and a channel current is caused to flow through the memory transistor Qc to perform hot carrier injection. As a result, the threshold value of the memory cell moves in the positive direction.
[0018]
In erasing, the selection control gate CG is set to 0 V, a high positive potential is applied to the word line WL and the bit line BL, and electrons of the floating gate are emitted to the drain side. In the case of batch erasing, a high positive potential can be applied to the common source to emit electrons to the source side. As a result, the threshold value of the memory cell moves in the negative direction.
[0019]
In the read operation, the selection gate transistor Qs is opened by the word line WL, the read potential of the control gate line CG is applied, and “0” or “1” is discriminated by the presence or absence of current. When FN tunneling is used for electron injection, a high positive potential is applied to the selected control gate line CG and the selected word line WL, the selected bit line BL is set to 0 V, and electrons are injected from the substrate to the floating gate.
In addition, according to this conventional example, since there is a select gate transistor, an EEPROM which does not malfunction even in an overerased state can be obtained.
[0020]
By the way, in this conventional example, as shown in FIG. 350A, there is no diffusion layer between the select gate transistor Qs and the memory transistor Qc. This is because it is difficult to selectively form a diffusion layer on the side surface of the columnar silicon layer. Therefore, in the structure of FIGS. 345 (a) and 345 (b), it is desirable that the isolation oxide film between the gate portion of the memory transistor and the gate portion of the select gate transistor is as thin as possible. In particular, when hot electron injection is used, the isolation oxide film thickness needs to be about 30 to 40 nm in order to transmit a sufficient “H” level potential to the drain of the memory transistor.
Such a minute interval is practically difficult only by filling the oxide film by the CVD method described in the previous manufacturing process. Therefore, the filling with the CVD oxide film exposes the floating gate 6 and the control gate 8, and simultaneously forms a thin oxide film on the exposed portions of the floating gate 6 and the control gate 8 in the gate oxidation process for the select gate transistor. The method is desirable.
[0021]
Further, according to the conventional example, a columnar silicon layer is arranged with the lattice-shaped groove bottom as an isolation region, and a memory cell having a floating gate formed so as to surround the columnar silicon layer is configured. A highly integrated EEPROM with a small area occupied by memory cells can be obtained. In addition, although the memory cell occupation area is small, a sufficiently large capacitance between the floating gate and the control gate can be secured.
In the conventional example, the control gate of each memory cell is formed continuously in one direction without using a mask. This is only possible if the columnar silicon layers are not symmetrically arranged. That is, by making the interval between the columnar silicon layers in the word line direction smaller than that in the bit line direction, control gate lines that are separated in the bit line direction and connected in the word line direction are automatically obtained without a mask. .
[0022]
On the other hand, for example, when the columnar silicon layers are arranged symmetrically, a PEP process is required.
More specifically, the second-layer polycrystalline silicon film is deposited thick and is selectively etched through the PEP process so as to leave it in a portion to be continued as a control gate line.
Next, a third-layer polycrystalline silicon film is deposited, and etching of the remaining sidewall is performed in the same manner as described in the conventional example. Further, even when the arrangement of the columnar silicon layers is not symmetric, depending on the arrangement interval, it may not be possible to form a continuous control gate line automatically as in the conventional example.
Even in such a case, a control gate line continuous in one direction may be formed by using the mask process as described above.
[0023]
In the conventional example, a memory cell having a floating gate structure is used. However, the charge storage layer does not necessarily have a floating gate structure, and the charge storage layer is realized by trapping in a multilayer insulating film. It is also effective in some cases.
FIG. 351 is a cross-sectional view corresponding to FIG. 345 (a) in the case where a memory cell having an MNOS structure is used. The laminated insulating film 24 serving as a charge storage layer has a laminated structure of a tunnel oxide film and a silicon nitride film, or a structure in which an oxide film is further formed on the nitride film surface.
FIG. 352 shows an example in which the memory transistor and the selection gate transistor are reversed in the conventional example, that is, the selection gate transistor is formed below the columnar silicon layer 2 and the memory transistor is formed above. It is sectional drawing corresponding to (a). This structure in which a select gate transistor is provided on the common source side can be employed when a hot electron injection method is used as a writing method.
FIG. 353 shows a conventional example in which a plurality of memory cells are formed in one columnar silicon layer. Portions corresponding to the previous conventional example are denoted by the same reference numerals as those of the previous conventional example, and detailed description thereof is omitted. In this conventional example, a select gate transistor Qs1 is formed at the bottom of the columnar silicon layer 2, three memory transistors Qc1, Qc2, and Q3c are stacked thereon, and a select gate transistor Qs2 is formed thereon. is doing. This structure is basically obtained by repeating the manufacturing process described above.
In the conventional example described with reference to FIGS. 352 and 353, the MNOS structure can be used as the memory transistor instead of the floating gate structure.
[0024]
As described above, according to the prior art, by using the side walls of the columnar semiconductor layers separated by the lattice-like grooves, by configuring a memory cell using a memory transistor having a charge storage layer and a control gate, An EEPROM can be obtained in which a sufficiently large capacity is ensured between the control gate and the charge storage layer and the area occupied by the memory cells is reduced to achieve high integration.
[0025]
[Problems to be solved by the invention]
However, when a plurality of memory cells are connected in series to one columnar semiconductor layer and the threshold value of each memory cell is considered to be the same, a read potential is applied to the control gate line CG and the presence or absence of current is determined. In the read operation for discriminating “0” or “1”, in the memory cells located at both ends connected in series, the fluctuation of the threshold becomes remarkable due to the back bias effect from the substrate. As a result, the number of memory cells connected in series is restricted on the device, which causes a problem when the capacity is increased.
Also, when forming a transistor in a direction perpendicular to the substrate, if the transistor is formed for each stage, it depends on the difference in the tunnel film quality due to the difference in thermal history and the difference in the profile of the diffusion layer at each stage. Variations in cell characteristics occur.
[0026]
The present invention has been made in view of the above problems, and improves the degree of integration by reducing the influence of the back bias effect of a semiconductor memory device having a charge storage layer and a control gate without increasing the occupied area of the memory cell. In addition, the capacitance ratio between the charge storage layer and the control gate is further increased, and the memory history of each memory cell transistor due to the manufacturing process is minimized, thereby minimizing variations in memory cell characteristics. An object is to provide a method for manufacturing a device.
[0027]
[Means for Solving the Problems]
According to the present invention, a step of forming a first insulating film on a semiconductor substrate;
Patterning the first insulating film to form island-shaped insulating films separated from each other;
Forming a charge storage layer comprising a first conductive film on the sidewall of the island-like insulating film in a sidewall shape;
Forming a control gate made of a second conductive film on the side wall of the charge storage layer through an interlayer capacitance film in a sidewall shape;
Patterning the island-like insulating film to expose a part of the surface of the semiconductor substrate and the side walls of the first conductive film;
Forming a tunnel insulating film on the exposed sidewall of the first conductive film;
Forming an island-shaped semiconductor layer by epitaxial growth so as to be in contact with the tunnel insulating film;
A step of introducing an impurity into a region of the island-shaped semiconductor layer facing the first conductive film,
A semiconductor substrate, and at least one island-like semiconductor layer, at least one memory cell including a charge storage layer formed on all or part of the periphery of the sidewall of the island-like semiconductor layer, and a control gate; A semiconductor memory device manufacturing method is provided for manufacturing a semiconductor memory device in which at least one of the memory cells is electrically insulated from the semiconductor substrate.
[0028]
According to the present invention, the step of forming the first insulating film on the semiconductor substrate;
Patterning the first insulating film to form island-shaped insulating films separated from each other;
Forming a control gate comprising a first conductive film on the sidewall of the island-like insulating film in a sidewall shape;
Patterning the island-like insulating film to expose a part of the surface of the semiconductor substrate and the side walls of the first conductive film;
Forming a charge storage layer made of a laminated insulating film on the exposed sidewall of the first conductive film;
Forming an island-like semiconductor layer by epitaxial growth so as to be in contact with the charge storage layer;
A step of introducing an impurity into a region of the island-shaped semiconductor layer facing the first conductive film,
A semiconductor substrate, and at least one island-like semiconductor layer, at least one memory cell including a charge storage layer formed on all or part of the periphery of the sidewall of the island-like semiconductor layer, and a control gate; A semiconductor memory device manufacturing method is provided for manufacturing a semiconductor memory device in which at least one of the memory cells is electrically insulated from the semiconductor substrate.
[0029]
Furthermore, according to the present invention, the step of forming the first insulating film on the semiconductor substrate;
Patterning the first insulating film to form island-shaped insulating films separated from each other;
Forming a control gate and a capacitor electrode made of a first conductive film on the side wall of the island-shaped insulating film in a sidewall shape;
Patterning the island-like insulating film to expose a part of the surface of the semiconductor substrate and the side walls of the first conductive film;
Forming a gate insulating film on the exposed sidewall of the first conductive film;
Forming an island-shaped semiconductor layer by epitaxial growth so as to be in contact with the gate insulating film;
A step of introducing an impurity into a region of the island-shaped semiconductor layer facing the first conductive film,
A semiconductor substrate, and at least one island-like semiconductor layer, at least one memory cell including a charge storage layer formed on all or part of the periphery of the sidewall of the island-like semiconductor layer, and a control gate; A semiconductor memory device manufacturing method is provided for manufacturing a semiconductor memory device in which at least one of the memory cells is electrically insulated from the semiconductor substrate.
[0030]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
In the semiconductor memory device of the present invention, a plurality of memory cells having a charge storage layer and a third electrode serving as a control gate are connected in series in a direction perpendicular to the semiconductor substrate surface, and the memory cell is connected to the semiconductor substrate and the semiconductor substrate. The impurity diffusion layer formed in the side wall portion of the plurality of island-shaped semiconductor layers arranged in a matrix form separated in a lattice pattern is used as the source or drain of the memory cell, and the impurity The semiconductor substrate and the island-shaped semiconductor layer are electrically separated by the diffusion layer, and the control gate is continuously arranged for the plurality of island-shaped semiconductor layers in one direction and horizontally with respect to the semiconductor substrate surface. And a fourth control gate line that is electrically connected to the impurity diffusion layer in a direction crossing the control gate line and is disposed in the horizontal direction with respect to the semiconductor substrate surface. Having a bit line is a line.
[0031]
Embodiment in plan view of memory cell array
A plan view of a memory cell array in the semiconductor memory device of the present invention will be described with reference to FIGS.
1 to 9 are plan views showing an EEPROM memory cell array having a floating gate as a charge storage layer, FIG. 10 is a memory cell array having a MONOS structure having a stacked insulating film as a charge storage layer, and FIG. FIG. 12 is a plan view showing a memory cell array having a DRAM structure having a MIS capacitor as a storage layer, and FIG. 12 showing a memory cell array having a SRAM structure having a MIS transistor as a charge storage layer. In these figures, as a gate electrode (hereinafter referred to as “selection gate”) for selecting a memory cell, a selection gate line as a second wiring or a fifth wiring, and a control gate as a third wiring The layout including the line, the bit line as the fourth wiring, and the source line as the first wiring will be described.
[0032]
First, a plan view showing an EEPROM memory cell array having a floating gate as a charge storage layer will be described.
FIG. 1 shows an arrangement in which cylindrical island-shaped semiconductor portions forming a memory cell are arranged, for example, at intersections where two kinds of parallel lines are orthogonal to each other. The one wiring layer, the second wiring layer, the third wiring layer, and the fourth wiring layer indicate a memory cell array arranged in parallel to the substrate surface.
In addition, by changing the arrangement interval of the island-shaped semiconductor portions in the AA ′ direction that intersects the fourth wiring layer 1840 and the BB ′ direction that intersects the fourth wiring layer 1840, The second conductive film, which is the control gate of the cell, is continuously formed in one direction, in the direction AA ′ in FIG. 1, and becomes the third wiring layer. Similarly, the second conductive film which is the gate of the selection gate transistor is formed continuously in one direction to form the second wiring layer.
Further, a terminal for electrically connecting to the first wiring layer disposed on the substrate side of the island-shaped semiconductor portion is, for example, an end on the A ′ side of the memory cell connected in the AA ′ direction in FIG. For example, a terminal for electrically connecting to the second wiring layer and the third wiring layer is provided at the end on the A side of the memory cell connected in the AA ′ direction of FIG. The fourth wiring layer 1840 arranged on the opposite side of the substrate of the cylindrical semiconductor portion is electrically connected to each of the cylindrical island-shaped semiconductor portions forming the memory cell. For example, in FIG. A fourth wiring layer 1840 is formed in a direction intersecting with the second wiring layer and the third wiring layer.
Moreover, the terminal for electrically connecting with the 1st wiring layer is formed by the island-shaped semiconductor part, and the terminal for electrically connecting with the 2nd wiring layer and the 3rd wiring layer is island-shaped The second conductive film is formed by covering the semiconductor portion. Terminals for electrical connection with the first wiring layer, the second wiring layer, and the third wiring layer are the first contact portion 1910, the second contact portions 1921, 1924, and the third contact, respectively. Connected to the units 1932 and 1933.
[0033]
In FIG. 1, the first wiring layer 1810 is drawn to the upper surface of the semiconductor memory device via the first contact portion 1910. Note that the arrangement of the columnar island-shaped semiconductor portions forming the memory cell does not have to be as shown in FIG. 1. If there is a wiring layer positional relationship or electrical connection relationship as described above, the memory cell is formed. The arrangement of the cylindrical island-shaped semiconductor portions to be performed is not limited.
In FIG. 1, the island-like semiconductor portions connected to the first contact portion 1910 are arranged at all the end portions on the A ′ side of the memory cells connected in the AA ′ direction. May be disposed in part or all of the portion, or in any of the island-shaped semiconductor portions forming the memory cell connected in the direction AA ′ that is the direction intersecting the fourth wiring layer 1840 May be. In addition, the island-shaped semiconductor portion covered with the second conductive film connected to the second contact portions 1921 and 1924 and the third contact portions 1932 and 1933 is the end on the side where the first contact portion 1910 is not disposed. May be arranged in a portion, may be continuously arranged at an end portion on the side where the first contact portion 1910 is arranged, or AA ′ which is a direction intersecting with the fourth wiring layer 1840 It may be arranged in any of the island-like semiconductor parts forming the memory cells connected in the direction, or the second contact parts 1921 and 1924, the third contact part 1932, etc. may be arranged separately. Good. The first wiring layer 1810 and the fourth wiring layer 1840 may have any width and shape as long as desired wiring is obtained. When the first wiring layer disposed on the substrate side of the island-shaped semiconductor portion is formed in a self-alignment with the second wiring layer and the third wiring layer formed of the second conductive film, Although the island-like semiconductor portion serving as a terminal for electrical connection to the wiring layer is electrically separated from the second wiring layer and the third wiring layer formed of the second conductive film, And in contact with each other through an insulating film. For example, in FIG. 1, a first conductive film is formed on a part of the side surface of the island-like semiconductor portion to which the first contact portion 1910 is connected via an insulating film. The first conductive film is a memory cell. The second conductive film is formed on the side surface of the first conductive film via the insulating film, and the second conductive film is the fourth conductive film. Are connected to the second wiring layer and the third wiring layer which are continuously formed in the AA ′ direction which is a direction intersecting with the wiring layer 1840. At this time, the shape of the first and second conductive films formed on the side surfaces of the island-shaped semiconductor portion is not limited. In addition, the distance between the island-shaped semiconductor portion serving as a terminal for electrical connection with the first wiring layer and the first conductive film in the island-shaped semiconductor portion where the memory cell is formed is, for example, By setting the film thickness to not more than twice the film thickness of the conductive film, all of the first conductive film on the side surface of the island-shaped semiconductor portion serving as a terminal for electrical connection with the first wiring layer may be removed.
[0034]
In FIG. 1, the second and third contact portions are formed on the second conductive films 1521 to 1524 formed so as to cover the tops of the island-like semiconductor portions. Then, the shapes of the second and third wiring layers are not limited. In FIG. 1, the selection gate transistor and the polycrystalline silicon film 1530 as the third electrode are omitted because they are complicated. In FIG. 1, the cross section used in the manufacturing process example, that is, the AA ′ cross section, the BB ′ cross section, the CC ′ cross section, the DD ′ cross section, the EE ′ cross section, and the FF ′ cross section are shown together. is doing.
[0035]
FIG. 2 shows an arrangement in which the cylindrical island-shaped semiconductor portions forming the memory cells are arranged, for example, at points where two kinds of parallel lines intersect without intersecting each other, and each memory cell is selected and controlled. The first wiring layer, the second wiring layer, the third wiring layer, and the fourth wiring layer are the memory cell array arranged in parallel to the substrate surface. Further, by changing the arrangement interval of the island-shaped semiconductor portions in the AA ′ direction which is a direction intersecting the fourth wiring layer 1840 and the BB ′ direction in the drawing, it is a control gate of each memory cell. The second conductive film is formed continuously in one direction, and in FIG. 2, in the AA ′ direction, and becomes a third wiring layer. Similarly, a second conductive film, which is the gate of the select gate transistor, is continuously formed in one direction to become a second wiring layer. Further, a terminal for electrically connecting to the first wiring layer disposed on the substrate side of the island-shaped semiconductor portion is, for example, an end on the A ′ side of the memory cell connected in the AA ′ direction of FIG. 2 and provided with terminals for electrical connection with the second wiring layer and the third wiring layer, for example, at the end on the A side of the memory cell connected in the AA ′ direction in FIG. The fourth wiring layer 1840 arranged on the opposite side of the substrate of the cylindrical semiconductor portion is electrically connected to each of the cylindrical island-shaped semiconductor portions forming the memory cells. For example, in FIG. A fourth wiring layer 1840 is formed in a direction crossing the second wiring layer and the third wiring layer.
[0036]
A terminal for electrically connecting to the first wiring layer is formed by an island-shaped semiconductor portion, and a terminal for electrically connecting to the second wiring layer and the third wiring layer is an island-shaped semiconductor portion. It is formed with the 2nd electrically conductive film coat | covered by. Terminals for electrical connection with the first wiring layer, the second wiring layer, and the third wiring layer are the first contact portion 1910, the second contact portions 1921, 1924, and the third contact, respectively. Connected to the units 1932 and 1933.
In FIG. 2, the first wiring layer 1810 is drawn to the upper surface of the semiconductor memory device through the first contact portion 1910. Note that the arrangement of the columnar island-shaped semiconductor portions forming the memory cell does not have to be as shown in FIG. 2, and if there is a wiring layer positional relationship or electrical connection relationship as described above, the memory cell The arrangement of the columnar island-shaped semiconductor portions forming the layer is not limited.
[0037]
Further, in FIG. 2, the island-shaped semiconductor portion connected to the first contact portion 1910 is disposed at all end portions on the A ′ side of the memory cells connected in the AA ′ direction. Any of the island-shaped semiconductor portions forming the memory cells connected in the direction AA ′ that is the direction intersecting with the fourth wiring layer 1840 You may arrange in. Further, the island-shaped semiconductor portion covered with the second conductive film connected to the second contact portions 1921 and 1924 and the third contact portions 1932 and 1933 is on the side where the first contact portion 1910 is not disposed. May be disposed at the end of the first contact portion 1910, or may be disposed continuously at the end on the side where the first contact portion 1910 is disposed, or in the direction intersecting the fourth wiring layer 1840. It may be arranged in any of the island-shaped semiconductor parts forming the memory cells connected in the A ′ direction, or the second contact parts 1921 and 1924, the third contact part 1932 and the like are arranged separately. May be. The first wiring layer 1810 and the fourth wiring layer 1840 may have any width and shape as long as desired wiring is obtained.
[0038]
When the first wiring layer disposed on the substrate side of the island-shaped semiconductor portion is formed in a self-alignment with the second wiring layer and the third wiring layer formed of the second conductive film, Although the island-like semiconductor portion serving as a terminal for electrical connection to the wiring layer is electrically separated from the second wiring layer and the third wiring layer formed of the second conductive film, It has a state of being in contact through an insulating film. For example, in FIG. 2, the first conductive film is formed on a part of the side surface of the island-like semiconductor portion to which the first contact portion 1910 is connected via an insulating film, and the first conductive film forms a memory cell. A second conductive film is formed on the side surface of the first conductive film via an insulating film, and the second conductive film is a fourth wiring. It is connected to the second wiring layer and the third wiring layer formed continuously in the AA ′ direction which is a direction intersecting with the layer 1840. At this time, the shape of the 1st and 2nd electrically conductive film formed in an island-like semiconductor part side surface is not ask | required. In addition, the distance between the island-shaped semiconductor portion serving as a terminal for electrical connection with the first wiring layer and the first conductive film in the island-shaped semiconductor portion where the memory cell is formed is, for example, By setting the film thickness to not more than twice the film thickness of the conductive film, all of the first conductive film on the side surface of the island-shaped semiconductor portion serving as a terminal for electrical connection with the first wiring layer may be removed.
In FIG. 2, the second and third contact portions are formed on the second conductive films 1521 to 1524 formed so as to cover the tops of the island-shaped semiconductor portions. The shapes of the second and third wiring layers are not limited. In FIG. 2, the selection gate transistor is omitted because it is complicated. In FIG. 2, the cross sections used in the manufacturing process example, that is, the A-A ′ cross section and the B-B ′ cross section are also shown.
[0039]
3 and FIG. 4 show the orientation in which FIG. 3 and FIG. 4 are arranged as an example when the cross-sectional shape of the island-shaped semiconductor portion forming the memory cell is a quadrangle compared to FIGS. Each example is different. The cross-sectional shape of the island-like semiconductor portion is not limited to a circle or a rectangle. For example, an elliptical shape, a hexagonal shape or an octagonal shape may be used. However, if the size of the island-shaped semiconductor part is near the processing limit, even if it has corners such as a square, hexagon, or octagon at the time of design, the corners are rounded by the photo process or etching process. The cross-sectional shape of the island-like semiconductor portion is close to a circle or an ellipse. Further, in FIG. 3 and FIG. 4, the selection gate transistor is omitted because it becomes complicated.
[0040]
FIG. 5 shows an example in which the number of memory cells formed in series in the island-shaped semiconductor portion forming the memory cell is two and no selection gate transistor is formed. In FIG. 5, the cross sections used in the manufacturing process example, that is, the A-A ′ cross section and the B-B ′ cross section are also shown.
[0041]
FIG. 6 is an example in which the cross-sectional shape of the island-shaped semiconductor portion forming the memory cell is not a circle but an ellipse, as compared to FIG. 1, in which the major axis of the ellipse is in the BB ′ direction. FIG. 7 shows the case where the direction of the major axis of the ellipse is the AA ′ direction with respect to FIG. The direction of the major axis of the ellipse is not limited to the A-A ′ direction and the B-B ′ direction, and may be in any direction. In FIG. 6 and FIG. 7, the selection gate transistor is omitted because it is complicated.
[0042]
FIG. 8 shows an example in which the contact layer is formed in the desired wiring layer by removing the wiring layer, the insulating film, and the like above the desired wiring layer by anisotropic etching, as shown in FIG. An example in which a common contact portion is formed in the lead portion of the three wiring layers is shown. In the example of FIG. 8, a contact portion is formed in a desired wiring layer in common with memory cells arranged continuously in the HH ′ direction and memory cells arranged adjacently in the same manner. In the case where only one of the mutual memory cells is operated, selection of the memory cell is realized by applying a desired potential to every other fourth diffusion layer 1840. Further, in contrast to the example of FIG. 8, a contact portion is not formed in a desired wiring layer in common to memory cells arranged continuously in the HH ′ direction and memory cells arranged adjacently in the same manner. Alternatively, a contact portion may be formed in a desired wiring layer in each memory cell arranged continuously. In FIG. 8, the cross section used in the manufacturing example, that is, the H-H 'cross section and the I1-I1' cross section to the I5-I5 'cross section are also shown.
[0043]
9 differs from FIG. 2 in that polycrystalline silicon 1521 to 1524, which are second conductive films, are formed in a stepped manner in a region to be contacted, and an insulating film or the like above a desired wiring layer is formed by anisotropic etching. As an example of removing and forming a contact portion in a desired wiring layer, the second wiring layers 1821 and 1824, the third wiring layer 1832 and the like are respectively provided at the ends of the memory cells continuous in the AA ′ direction. An example in which a contact portion is formed is shown. In FIG. 9, the cross section used in the manufacturing example, that is, the H-H 'cross section and the I1-I1' cross section to the I5-I5 'cross section are also shown.
[0044]
Although the plan view of the semiconductor memory device having the floating gate as the charge storage layer has been described above, the arrangements and structures in FIGS. 1 to 9 may be used in various combinations.
[0045]
FIG. 10 shows an example in which a stacked insulating film is used for the charge storage layer as in the MONOS structure, for example, except that the charge storage layer is changed from a floating gate to a stacked insulating film. It is. In FIG. 10, the cross section used in the manufacturing process example, that is, the A-A ′ cross section and the B-B ′ cross section are shown together, but the selection gate transistor is omitted because it is complicated.
[0046]
FIG. 11 shows an example in which a MIS capacitor is used as a charge storage layer, such as a DRAM, as in FIG. 1, and the charge storage layer is changed from a floating gate to a MIS capacitor, and a bit line and a source line are parallel to each other. It is the same except that it is arranged. FIG. 11 also shows the cross sections used in the manufacturing process example, that is, the A-A ′ cross section and the B-B ′ cross section.
[0047]
FIG. 12 shows an example in which a MIS transistor is used as a charge storage layer, such as an SRAM. FIG. 12 shows an arrangement in which cylindrical island-shaped semiconductor portions forming a memory cell are arranged, for example, at intersections where two kinds of parallel lines are orthogonal to each other, and impurity diffusion for selecting and controlling each memory cell A first wiring layer formed of a layer 3721, a third wiring layer formed of a control gate 3514, and a fourth wiring layer serving as a bit line indicate a memory cell array arranged in parallel to the substrate surface. The second wiring layer 3840 including the second conductive film 3512 and the third conductive film 3513 is wired in two directions, the vertical direction and the horizontal direction, with respect to the substrate surface. The shapes of the second, third and fourth wiring layers are not limited as long as they can be connected to each other. In FIG. 12, the cross section used in the manufacturing process example, that is, the J1-J1 ′ cross section, the J2-J2 ′ cross section, the K1-K1 ′ cross section, and the K2-K2 ′ cross section are shown together. The wiring layer 3710, the first wiring layer 3850, the terminals for electrical connection with these wiring layers, and the fifth wiring layer 3850 are omitted. Further, in order to distinguish the island-shaped semiconductor layer 3110 from each wiring layer, the shape of the island-shaped semiconductor layer is circular, but the opposite may be possible.
[0048]
Embodiment in sectional view of memory cell array
Cross-sectional views of a semiconductor memory device having a floating gate as a charge storage layer are shown in FIGS. Of these, the odd-numbered drawing shows the A-A 'sectional view of FIG. 1, and the even-numbered drawing shows the B-B' sectional view.
In the semiconductor memory device of the present invention, a plurality of columnar island-shaped semiconductor layers 1110 are arranged in a matrix on a p-type silicon substrate 1100, and a second selection gate is provided above and below each of the island-shaped semiconductor layers 1110. A transistor having an electrode or a fifth electrode is arranged, and a plurality of memory transistors, for example, two in FIG. 13 to FIG. 36 are arranged between selection gate transistors, and each transistor is arranged along an island-shaped semiconductor layer. Are connected in series. That is, a silicon oxide film 1460, which is a ninth insulating film having a predetermined thickness, is disposed at the bottom of the groove between the island-shaped semiconductor layers, and the gate insulating film thickness is set on the island-shaped semiconductor layer side wall so as to surround the island-shaped semiconductor layer 1110. A selection gate 1500 is arranged as a selection gate transistor, and a silicon oxide film as a third insulating film is formed on the side wall of the island-shaped semiconductor layer so as to surround the island-shaped semiconductor layer 1110 above the selection gate transistor. A floating gate 1510 is disposed through 420, and a control gate 1520 is disposed outside the floating gate 1510 via an interlayer insulating film 1610 formed of a multilayer film, thereby forming a memory transistor.
Further, a transistor having the selection gate 1500 is disposed above the plurality of the memory transistors in the same manner as described above.
[0049]
As shown in FIGS. 1 and 14, the selection gate 1500 and the control gate 1520 are continuously arranged for a plurality of transistors in one direction, and the selection gate line that is the second wiring or the fifth wiring and the first gate This is the control gate line which is the third wiring. A source diffusion layer 1710 of the memory cell is arranged on the semiconductor substrate surface so that the active region of the memory cell is in a floating state with respect to the semiconductor substrate, and the active region of each memory cell is in a floating state. A diffusion layer 1720 is arranged in this manner, and a drain diffusion layer 1725 for each memory cell is arranged on the upper surface of each island-like semiconductor layer 1110. Between the memory cells thus arranged, an oxide film 1460 as a ninth insulating film is arranged so that the upper portion of the drain diffusion layer 1725 is exposed, and the drain diffusion of the memory cell in the direction intersecting the control gate line is arranged. Al wiring 1840 serving as a bit line for commonly connecting the layer 1725 is provided.
[0050]
13 and 14 show an example in which the gate insulating film thickness of the selection gate transistor is equal to the gate insulating film thickness of the memory transistor.
15 and 16 show an example in which the interlayer insulating film 1610 is formed as a single layer film with respect to FIGS. 13 and 14.
17 and 18 are different from FIGS. 13 and 14 in that the horizontal film thickness of the control gate 1520 in the memory cell is larger than the horizontal film thickness of the floating gate 1510 in the memory cell, and the third wiring layer has a lower thickness. An example in which resistance can be easily achieved is shown.
19 and 20 show an example of the case where the surface of the silicon oxide film 1420 as a third insulating film is positioned outside the periphery of the island-shaped semiconductor layer 1110 as a tunnel oxide film, as compared with FIGS. Show.
FIG. 21 and FIG. 22 show a case where the gate of the selection gate transistor is not formed by one deposition of the conductive film but formed by depositing the conductive film a plurality of times, for example, twice, as compared with FIGS. An example is shown.
FIG. 23 and FIG. 24 show an example in which materials of the control gate 1520 and the floating gate 1510 of the memory cell are different from those in FIG. 13 and FIG.
FIGS. 25 and 26 show an example in which the size of the outer periphery of the control gate 1520 of the memory cell and the size of the outer periphery of the gate 1500 of the select gate transistor are different from those of FIGS. 13 and 14.
27 and 28 show an example in which the gate insulating film thickness of the select gate transistor is larger than the gate insulating film thickness of the memory transistor.
29 and 30 are different from FIGS. 27 and 28 in that the surfaces of the silicon oxide film 1420 as the third insulating film and the silicon oxide film 1451 as the thirteenth insulating film are from the periphery of the island-shaped semiconductor layer 1110. Shows an example of the case of being positioned outward.
[0051]
FIG. 31 and FIG. 32 show an example in which the diffusion layer 1720 is not disposed between the transistors.
In FIGS. 33 and 34, the diffusion layer 1720 is not disposed, and the polycrystalline silicon film 1530 which is the third electrode disposed between the gate electrodes 1500, 1510 and 1520 of the memory transistor and the select gate transistor. An example in the case of forming is shown.
FIG. 35 and FIG. 36 show an example in which the positions of the bottom and top of the polycrystalline silicon film 1530 as the third electrode are different from the positions of the top of the gate 1500 of the selection gate transistor, respectively. Indicates.
[0052]
37 to 48 are cross-sectional views of a semiconductor memory device having a stacked insulating film as a charge storage layer. Among these, the odd-numbered drawings show the A-A ′ sectional view of the memory cell array having the MONOS structure, and the even-numbered drawings show the B-B ′ sectional view.
[0053]
The semiconductor memory device of the present invention is the same as FIGS. 13 to 36 except that the charge storage layer is changed from a floating gate to a laminated insulating film.
39 and 40 show the case where the thickness of the stacked insulating film is larger than the gate thickness of the selection gate transistor, as compared with FIGS.
41 and 42 show an example in which the thickness of the stacked insulating film is thinner than the gate thickness of the selection gate transistor, as compared with FIGS.
[0054]
49 to 54 are cross-sectional views of a semiconductor memory device having a MIS capacitor as a charge storage layer. Among these, the odd-numbered drawing shows the A-A 'sectional view of FIG. 11 showing the DRAM memory cell array, and the even-numbered drawing shows the B-B' sectional view.
In the semiconductor memory device of the present invention, the charge storage layer is changed from the floating gate to the MIS capacitor, the diffusion layer is located on the side of the memory capacitor, and the bit as the fourth wiring is different from FIGS. This is the same except that the line and the first wiring source line are arranged in parallel.
[0055]
Cross-sectional views of a semiconductor memory device having a MIS transistor as a charge storage layer are shown in FIGS. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. 55 to 58 are J1-J1 ', J2-J2', K1-K1 ', and K2-K2' cross-sectional views of FIG. 12, respectively, showing an SRAM memory cell array.
In the semiconductor memory device of the present invention, a plurality of columnar island-shaped semiconductor layers 3110 are arranged in a matrix on a p-type silicon substrate 3100. As shown in FIGS. Two MIS transistors are arranged in the lower part, and each transistor is connected in series along the island-like semiconductor layer. That is, the memory gate 3511 is arranged on the side wall of the island-shaped semiconductor layer via the gate insulating film thickness 3431 so as to surround the island-shaped semiconductor layer 3110, and surrounds the periphery of the island-shaped semiconductor layer 3110 above the memory gate transistor. As described above, the third electrode 3514 serving as a control gate is arranged on the side wall of the island-shaped semiconductor layer with the gate insulating film thickness 3434 interposed therebetween. As shown in FIG. 57, the control gate 3514 is continuously arranged for a plurality of transistors in one direction and serves as a control gate line which is a third wiring.
[0056]
In addition, as shown in FIGS. 55 and 57, the first common transistor electrically disposed on the lower surface of the semiconductor substrate surface so that the active region of the transistor is in a floating state with respect to the semiconductor substrate. The impurity diffusion layer 3710 is disposed, and the impurity diffusion layer 3721 is disposed in the island-shaped semiconductor layer 3110 so that the active region of each transistor is in a floating state.
Further, an impurity diffusion layer 3724 for each memory cell is disposed on the upper surface of each island-like semiconductor layer 3110. Thus, each transistor is connected in series along the island-shaped semiconductor layer 3110.
As shown in FIGS. 55 and 57, a fourth wiring layer 3840 serving as a bit line connecting the second impurity diffusion layer 3724 of the memory cell in the direction intersecting with the control gate line is provided.
In this embodiment, a memory cell is constituted by four transistors and two high resistance elements each constituted by a pair of island-like semiconductor layers, and as shown in FIG. 55 and FIG. The second impurity diffusion layer 3721 arranged in the island-shaped semiconductor layer opposite to the conductive film 3511 is connected to each other through the second conductive film 3512 and the third conductive film 3513.
Further, as shown in FIGS. 56 and 58, the third conductive film 3513 connected to the second impurity diffusion layer 3721 arranged in each island-like semiconductor layer 3110 is an impurity that becomes a high resistance element. Each of the second wiring layers 3120 is connected to a fifth wiring which is an electrically common electrode. The second wiring layer 3120 is a diffusion layer. As shown in FIGS. 56 and 58, the first impurity diffusion layer 3710 that is electrically common to the memory cells adjacent in the direction of the fourth wiring layer 3840 is an isolation insulating film, for example, eleventh. It is electrically divided by a silicon oxide film 3471 which is an insulating film.
Between the memory cells and the wirings arranged in this way, for example, an oxide film 3420 as a third insulating film is arranged and insulated from each other. In this embodiment, the memory cell is composed of four transistors and two high resistance elements formed on the side wall of the p-type island-like semiconductor layer. However, a transistor formed on an n-type semiconductor may be used instead of the high resistance element. The structure is not limited to this as long as it can have a desired function.
[0057]
Embodiments of memory cell array operating principle
The semiconductor memory device of the present invention has a memory function depending on the state of charges stored in the charge storage layer.
The operation principle of reading, writing, and erasing will be described by taking a memory cell having a floating gate as a charge storage layer as an example.
First, the read operation principle of the semiconductor memory device is shown below.
As an example of the array structure of the semiconductor memory device of the present invention, a transistor having a second electrode as a gate electrode and a transistor having a fifth electrode as a gate electrode are included as a selection gate transistor, and between the selection gate transistors A plurality of memory cells having a charge storage layer and having a third electrode as a control gate electrode, for example, L (L is a positive integer), and an island semiconductor layer connected in series. In a memory cell array having a plurality of layers, for example, M × N (M and N are positive integers), a plurality of, for example, M fourth wirings arranged in parallel to the semiconductor substrate are formed as island-like semiconductor layers. Are connected to one end of each, a first wiring is connected to the other end, and a plurality of, for example, N, arranged in a direction parallel to the semiconductor substrate and intersecting the fourth wiring × L pieces In the case where the third wiring is connected to the third electrode of the memory cell will be described an example of a reading method when the first wiring is arranged in parallel to the third wires.
[0058]
FIG. 59 shows an equivalent circuit of this memory cell array structure.
For example, in a read operation of a memory cell in which an island-shaped semiconductor layer is formed of a p-type semiconductor, 0 V is applied to all the first wirings (1-1 to 1-N), and the island-shaped semiconductor layer including the selected cell is applied. 3V is applied to the fourth wiring (4-i) connected to the fourth electrode to be connected (i is a positive integer of 1 ≦ i ≦ M), and the fourth wiring (≠ 4-i) other than this is applied. Third wiring (3-jh) connected to the third electrode connected to the selected cell by applying 0V (j is a positive integer of 1 ≦ j ≦ N, h is a positive integer of 1 ≦ h ≦ L) 0V is applied to the third wiring (3-jh) excluding the third wiring (3-jh), 3V is applied to the second wiring (2-j) connected to the second electrode. And 3 V is applied to the fifth wiring (5-j) connected to the fifth electrode, and the second wiring (≠ 2-j) or the fifth wiring excluding the second wiring (2-j) By applying 0 V to at least one of the fifth wirings (≠ 5-j) excluding (5-j), the fourth wiring Wiring by a current flowing in (4-i) current or first wiring through the (1-j) "0", determines "1".
By arranging the selection gates above and below the plurality of memory cell parts in this way, when the memory cell transistor is in an over-erased state, that is, when the threshold value is negative, the non-selected cell has a read gate voltage. The phenomenon of cell current flowing at 0 V can be prevented.
It has an island-like semiconductor layer having a charge storage layer and two memory cells each having a third electrode as a control gate electrode connected in series. A plurality of island-like semiconductor layers, for example, M × N (M , N is a positive integer), a plurality of, for example, M fourth wirings arranged in parallel to the semiconductor substrate are connected to one end of each of the island-like semiconductor layers, and the other The first wiring is connected to the end, and a plurality of, for example, N × 2 third wirings arranged in a direction parallel to the semiconductor substrate and intersecting the fourth wiring are memory cell cells. An example of a reading method when the first wiring is arranged in parallel with the third wiring in the case of being connected to the third electrode will be described.
[0059]
FIG. 60 shows an equivalent circuit of this memory cell array structure.
For example, in the read operation in which the island-shaped semiconductor layer is formed of a p-type semiconductor, 0 V is applied to all the first wirings (1-1 to 1-N), and the first connection to the island-shaped semiconductor layer including the selected cell is performed. 3V is applied to the fourth wiring (4-i) connected to the electrode 4 (i is a positive integer of 1 ≦ i ≦ M), and 0V is applied to the other fourth wiring (≠ 4-i). 5V is applied to the third wiring (3-j-1) connected to the third electrode connected to the selected cell, and 0V is applied to the third wiring (3-j-2). By applying 0 V to the third wiring (≠ 3-j-1, ≠ 3-j-2) excluding (3-j-1) and the third wiring (3-j-1), the fourth wiring “0” and “1” are determined based on the current flowing through the wiring (4-i) or the current flowing through the first wiring (1-j) (j is a positive integer of 1 ≦ j ≦ N).
[0060]
Next, the principle of writing operation of the semiconductor memory device is shown below.
As an example of the array structure of the semiconductor memory device of the present invention, a transistor having a second electrode as a gate electrode and a transistor having a fifth electrode as a gate electrode are included as a selection gate transistor, and between the selection gate transistors A plurality of memory cells each having a charge storage layer and having a third electrode as a control gate electrode, for example, L (L is a positive integer) connected in series; In a memory cell array having a plurality of, for example, M × N (M and N are positive integers), a plurality of, for example, M fourth wirings arranged in parallel to the semiconductor substrate are provided on one of the island-shaped semiconductor layers. A plurality of (for example, N × L) first wirings connected to one end and connected to the other end in a direction parallel to the semiconductor substrate and intersecting the fourth wiring. 3 wiring is memory An example of a writing method using a FN tunneling current (hereinafter referred to as FN current) in which the first wiring is arranged in parallel with the third wiring in the case where the third wiring is connected to the third electrode. Is described.
[0061]
FIG. 59 shows an equivalent circuit of this memory cell array structure.
When writing to store a certain amount or more of negative charges in the charge storage layer of the selected cell, for example, a write operation in which the island-shaped semiconductor layer is formed of a p-type semiconductor is connected to the island-shaped semiconductor layer including the selected cell. 0V is applied to the first wiring (1-j) connected to the first electrode (j is a positive integer 1 ≦ j ≦ N), and 0V is applied to the other first wiring (≠ 1-j). 0V is applied to the fourth wiring (4-i) (i is a positive integer of 1 ≦ i ≦ M) connected to the fourth electrode connected to the island-shaped semiconductor layer including the selected cell. 3V is applied to the fourth wiring (≠ 4-i) of the third wiring (3-jh) connected to the third electrode connected to the selected cell (h is a positive integer of 1 ≦ h ≦ L) 20V is applied to the third wiring (≠ 3-jh) except for the third wiring (3-jh), and 3V is applied to the second electrode connected to the island-like semiconductor layer including the selected cell. 0V is applied to the second wiring (2-j) to perform island-shaped semiconductor including the selected cell 1V is applied to the fifth wiring (5-j) connected to the fifth electrode connected to the layer, and the second wiring (≠ 2-j) except the second wiring (2-j) and the fifth wiring By applying 0V to the fifth wiring (≠ 5-j) excluding the wiring (5-j), a state in which a high potential is applied only between the channel portion of the selected cell and the control gate is created, and FN tunneling Due to the phenomenon, electrons are injected from the channel portion into the charge storage layer. A selection gate transistor having a fifth electrode in an island-like semiconductor layer that does not include a selection cell by applying 3 V to the fourth wiring (≠ 4-i) excluding the fourth wiring (4-i) Is cut off, and the electrical path between the diffusion layer of the non-selected cell connected to the third wiring (3-jh) and the fourth wiring (≠ 4-i) is cut off so that no channel is formed and writing is performed. I will not.
In addition, as an example of performing writing without cutting off the selection gate transistor including the fifth electrode in the island-shaped semiconductor layer not including the selection cell, the first electrode connected to the island-shaped semiconductor layer including the selection cell Apply 0V to the first wiring (1-j) connected to (j is a positive integer 1 ≦ j ≦ N), and apply 0V to the first wiring other than this (≠ 1-j) 0V is applied to the fourth wiring (4-i) (i is a positive integer of 1 ≦ i ≦ M) connected to the fourth electrode connected to the island-shaped semiconductor layer including the selected cell. 7V is applied to the fourth wiring (≠ 4-i), and the third wiring (3-jh) (h is a positive integer of 1 ≦ h ≦ L) connected to the third electrode connected to the selected cell 20V is applied, 7V is applied to the third wiring (≠ 3-jh) excluding (3-jh) of the third wiring, and it is connected to the second electrode connected to the island-like semiconductor layer including the selected cell. Applying 0V to the second wiring (2-j), the island-shaped semiconductor including the selected cell 20V is applied to the fifth wiring (5-j) connected to the fifth electrode connected to the layer, and the second wiring (≠ 2-j) except the second wiring (2-j) and the fifth wiring By applying 0 V to the fifth wiring (≠ 5-j) excluding the wiring (5-j), a potential difference of about 20 V is generated between the channel portion of the selected cell and the control gate, and due to the FN tunneling phenomenon. Tunnel electrons are injected from the channel portion into the charge storage layer.
Note that a potential difference of about 13 V occurs between the channel portion of the non-selected cell connected to the third wiring (3-jh) and the control gate, but the threshold value of this cell is changed within the write time of the selected cell. Insufficient electron injection cannot be performed, and thus writing of this cell is not realized.
[0062]
Further, as an example of the array structure of the semiconductor memory device of the present invention, the semiconductor memory device includes an island-like semiconductor layer in which two memory cells each having a charge storage layer and a third electrode as a control gate electrode are connected in series. In a memory cell array provided with a plurality of semiconductor layers, for example, M × N (M and N are positive integers), a plurality of, for example, M fourth wirings arranged in parallel to the semiconductor substrate are arranged in each of the island-shaped semiconductor layers. The first wiring is connected to the other end, and a plurality of, for example, N, arranged in a direction parallel to the semiconductor substrate and intersecting the fourth wiring. When the two third wirings are connected to the third electrode of the memory cell, the first wiring is arranged in parallel with the third wiring, and channel hot electrons (hereinafter referred to as CHE) are used. An example of the written method will be described.
[0063]
FIG. 60 shows an equivalent circuit of the memory cell array structure.
When writing to store a certain amount or more of negative charges in the charge storage layer of the selected cell, for example, a write operation in which the island-shaped semiconductor layer is formed of a p-type semiconductor is performed on the island-shaped semiconductor layer including the selected cell. 0V is applied to the first wiring (1-j) connected to the first electrode to be connected (j is a positive integer of 1 ≦ j ≦ N), and the other first wiring (≠ 1-j) is applied 0V is applied, and 12V is applied to the fourth wiring (4-i) (i is a positive integer of 1 ≦ i ≦ M) connected to the fourth electrode connected to the island-shaped semiconductor layer including the selected cell. 0 V is applied to the fourth wiring (≠ 4-i) except for 12 V, 12 V is applied to the third wiring (3-j-1) connected to the third electrode connected to the selected cell, and the third wiring By applying 5 V to the third wiring (≠ 3-j-1) excluding (3-j-1), CHE is generated near the high potential side diffusion layer of the selected cell, and the third wiring The charge storage layer of the selected cell by the high potential applied to (3-j-1) The generated electrons are injected.
[0064]
Further, the principle of erase operation of the semiconductor memory device is shown below.
As an example of the array structure of the semiconductor memory device of the present invention, a transistor having a second electrode as a gate electrode and a transistor having a fifth electrode as a gate electrode are included as a selection gate transistor, and between the selection gate transistors A plurality of memory cells having a charge storage layer and having a third electrode as a control gate electrode, for example, L (L is a positive integer), an island-shaped semiconductor layer connected in series, and an island-shaped semiconductor layer In a memory cell array having a plurality of, for example, M × N (M and N are positive integers), a plurality of, for example, M fourth wirings arranged in parallel to the semiconductor substrate are provided on one of the island-shaped semiconductor layers. A plurality of, for example, N × L first wirings connected to one end and connected to the other end in a direction parallel to the semiconductor substrate and intersecting the fourth wiring. 3 wiring is the memory cell In the case where the third electrode to be connected, the first wire parallel arranged to the third wiring is described an example of the erasing method using F-N current.
[0065]
FIG. 61 shows an equivalent circuit of this memory cell array structure.
The erase unit is one block or a batch of chips. When erasing is performed by changing the charge state of the charge storage layer of the selected cell and lowering the threshold value of the selected cell, for example, an erasing operation in which the island-shaped semiconductor layer is formed of a p-type semiconductor is an island-shaped structure including the selected cell. 20 V is applied to the first wiring (1-j) connected to the first electrode connected to the semiconductor layer (j is a positive integer of 1 ≦ j ≦ N), and other first wirings are connected to the first wiring (1-j). 4V connected to the fourth electrode connected to the island-shaped semiconductor layer including the selected cell by applying 0V to (≠ 1-j) (i is a positive integer of 1 ≦ i ≦ M) ) Is applied with 20V, and 0V is applied to the third wiring (3-jh) (h is a positive integer of 1 ≦ h ≦ L) connected to the third electrode connected to the selected cell. The third wiring except 3-jh) is given 0 V, and the second wiring (2-j) connected to the second electrode connected to the island-like semiconductor layer including the selected cell is given 20 V, and the selected cell A fifth power connected to the island-shaped semiconductor layer containing 20V is applied to the fifth wiring (5-j) connected to the terminal, and the second wiring (≠ 2-j) excluding the second wiring (2-j) and the fifth wiring (5-j) are excluded. By applying 0 V to both of the fifth wirings (≠ 5-j), electrons in the charge storage layer of the selected cell are extracted by the FN tunneling phenomenon.
[0066]
As an example of the array structure of the semiconductor memory device of the present invention, an island-shaped semiconductor layer having two memory cells each having a charge storage layer and a third electrode as a control gate electrode connected in series is provided. A plurality of layers, for example, MN (M and N are positive integers) are provided, and in this memory cell array, a plurality of, for example, M fourth wirings arranged in parallel to the semiconductor substrate The first wiring is connected to one end of each of the semiconductor layers, and the first wiring is connected to the other end, and is arranged in a direction parallel to the semiconductor substrate and intersecting the fourth wiring. When a plurality of, for example, N × 2 third wirings are connected to the third electrode of the memory cell, the first wiring is arranged in parallel with the third wiring, and the FN current is used. An example of the erase method will be described.
FIG. 60 shows an equivalent circuit of this memory cell array structure.
When erasing is performed by changing the charge state of the charge storage layer of the selected cell and lowering the threshold value of the selected cell, for example, an erasing operation in which the island-shaped semiconductor layer is formed of a p-type semiconductor is an island-shaped structure including the selected cell. 3 V is applied to the first wiring (1-j) connected to the first electrode connected to the semiconductor layer (j is a positive integer of 1 ≦ j ≦ N), and other first wirings (≠ 1- j) 0V is applied, and the fourth wiring (4-i) (i is a positive integer of 1 ≦ i ≦ M) connected to the fourth electrode connected to the island-shaped semiconductor layer including the selected cell is open The fourth wiring (≠ 4-i) other than this is in an open state or 0 V is applied, and −12 V is applied to the third wiring (3-j-1) connected to the third electrode connected to the selected cell. Then, 5V is applied to the third wiring (3-j-2), and 0V is applied to the other third wiring, whereby the electrons in the charge storage layer of the selected cell are extracted by the FN tunneling phenomenon.
In the above read, write, and erase operations, the conductivity types of all electrodes may be switched as in the case of an island-shaped semiconductor layer formed of an N-type semiconductor. The magnitude relation of the potential at this time is opposite to that described above. Further, in each of the above read, write, and erase operation examples, the case where the first wiring is arranged in parallel with the third wiring has been described. However, the case where the first wiring is arranged in parallel with the fourth wiring. Even when the first wiring is shared by the entire array, it can be operated by applying a potential corresponding to each of the first wirings.
[0067]
A memory cell other than a memory cell having a floating gate as a charge storage layer will be described below.
62 and 63 are equivalent circuit diagrams showing a part of the memory cell array having the MONOS structure shown in FIGS. 10 and 37 to 46. 62 shows an equivalent circuit diagram of a memory cell array having a MONOS structure arranged in one island-like semiconductor layer 1110, and FIG. 63 shows an equivalent circuit when a plurality of island-like semiconductor layers 1110 are arranged.
[0068]
The equivalent circuit shown in FIG. 62 will be described below.
A transistor having a twelfth electrode 12 as a gate electrode and a transistor having a fifteenth electrode 15 as a gate electrode are selected gate transistors, and a stacked insulating film is provided as a charge storage layer between the select gate transistors. , A plurality of memory cells, for example, L, connected in series with a thirteenth electrode (13-h) (h is a positive integer of 1 ≦ h ≦ L, L is a positive integer) as a control gate electrode In the planar semiconductor layer 110, the fourteenth electrode 14 is connected to one end of each of the island-shaped semiconductor layers 1110, and the eleventh electrode 11 is connected to the other end.
[0069]
The equivalent circuit shown in FIG. 63 will be described.
In the memory cell array in which a plurality of island-like semiconductor layers 1110 are arranged, the connection relationship between the electrodes of the circuit elements arranged in the island-like semiconductor layers 1110 shown in FIG.
A plurality of, for example, M × N island-like semiconductor layers 1110 (M and N are positive integers, i is a positive integer of 1 ≦ i ≦ M, and j is a positive integer of 1 ≦ j ≦ N). In the memory cell array, a plurality of, for example, M, 14th wirings arranged in parallel to the semiconductor substrate are connected to the 14th electrode 14 provided in each island-like semiconductor layer 1110, respectively. Further, a plurality of, for example, N × L thirteenth wirings arranged in a direction parallel to the semiconductor substrate and intersecting the fourteenth wirings 14 are the above-described thirteenth electrodes (13− h) (h is a positive integer 1 ≦ h ≦ L). A plurality of, for example, N eleventh wirings arranged in a direction intersecting with the fourteenth wiring are connected to the eleventh electrode 11 provided in each island-like semiconductor layer 1110, and the eleventh wiring Are arranged in parallel with the thirteenth wiring. A plurality of, for example, N twelfth wirings arranged in a direction parallel to the semiconductor substrate and intersecting the fourteenth wiring 14 are connected to the above-described twelfth electrode 12 of each memory cell, Similarly, a plurality of, for example, N fifteenth wirings arranged in parallel to the semiconductor substrate and intersecting the fourteenth wirings 14 are connected to the fifteenth electrode 15 of each memory cell. To do.
[0070]
64 and 65 are equivalent circuit diagrams showing a part of the memory cell array having the DRAM structure shown in FIGS. 11, 53 and 54.
FIG. 64 shows an equivalent circuit diagram of a memory cell array having a DRAM structure arranged in one island-like semiconductor layer 1110. FIG. 65 shows an equivalent circuit when a plurality of island-shaped semiconductor layers 1110 are arranged.
[0071]
Hereinafter, the equivalent circuit shown in FIG. 64 will be described.
One memory cell is formed by connecting one transistor and one MIS capacitor in series. A 23rd electrode 23 is connected to one end of the memory cell, a 21st electrode 21 is connected to the other end, and a memory cell having a 22nd electrode 22 as a gate electrode is provided. For example, two sets are connected as shown in FIG. 64, and two 21st electrodes (21-1), (21-2) and two 22nd electrodes (22-1) are connected from one island-like semiconductor layer 1110. ) And (22-2), and the 23rd electrode 23 is provided at one end of the island-like semiconductor layer 1110.
[0072]
The equivalent circuit shown in FIG. 65 will be described.
In the memory cell array in which a plurality of island-like semiconductor layers 1110 are arranged, the connection relationship between the electrodes of the circuit elements arranged in the island-like semiconductor layers 1110 shown in FIG.
A plurality of, for example, M × N island-like semiconductor layers 1110 (M and N are positive integers, i is a positive integer of 1 ≦ i ≦ M, and j is a positive integer of 1 ≦ j ≦ N). In the memory cell array, a plurality of, for example, M, twenty-third wirings arranged in parallel to the semiconductor substrate are connected to the above-described twenty-third electrode 23 provided in each island-like semiconductor layer 1110. Further, a plurality of, for example, 2 × N, twenty-second wirings arranged in a direction parallel to the semiconductor substrate and intersecting the twenty-third wiring 23 are the above-described twenty-second electrodes (22−) of each memory cell. Connect to 1) and (22-2). In addition, a plurality of, for example, 2 × N, twenty-first wirings arranged in a direction intersecting with the twenty-third wiring are the above-mentioned twenty-first electrodes (21-1), (21-2) of each memory cell. Connect with.
64 and 65 show an example in which two memory cells are arranged in one island-shaped semiconductor layer 1110, but the number of memory cells arranged in one island-shaped semiconductor layer 1110 is three sets. The above or only one set may be used.
The equivalent circuit shown in FIGS. 64 and 65 is an example in which a MIS capacitor, a transistor, a MIS capacitor, and a transistor are arranged in order from the bottom of the island-shaped semiconductor layer 1110, but an island-shaped semiconductor is an example of another arrangement. A case where a transistor, a MIS capacitor, a MIS capacitor, and a transistor are arranged in this order from the bottom of the layer 1110 will be described below.
[0073]
66 and 67 are equivalent circuit diagrams showing a part of the memory cell array having the DRAM structure shown in FIGS. 11 and 49 to 52.
66 shows an equivalent circuit diagram of a memory cell array having a DRAM structure arranged on one island-like semiconductor layer 1110. FIG. 67 shows an equivalent circuit when a plurality of island-like semiconductor layers 1110 are arranged. .
[0074]
The equivalent circuit shown in FIG. 66 will be described.
As in the previous example, the memory cell is configured by connecting one transistor and one MIS capacitor in series to form one memory cell, and a 23rd electrode 23 is formed at one end of the memory cell. The 21st electrode 21 is connected to the other end, and the 22nd electrode 22 is connected as a gate electrode. For example, two sets of this memory cell are connected as shown in FIG. 66, and two 21st electrodes (21-1), (21-2) and two 22nd electrodes are connected from one island-like semiconductor layer 1110. (22-1) and (22-2) are provided, respectively, the 23rd electrode 23 is provided at one end of the island-shaped semiconductor layer 1110, and the 24th electrode 24 is provided at the other end. .
[0075]
The equivalent circuit shown in FIG. 67 will be described.
In the memory cell array in which the plurality of island-shaped semiconductor layers 1110 are arranged, the connection relationship between the electrodes of the circuit elements arranged in the island-shaped semiconductor layers 1110 shown in FIG. 66 and the wirings is shown.
A plurality of, for example, M × N island-like semiconductor layers 1110 (M and N are positive integers, i is a positive integer of 1 ≦ i ≦ M, and j is a positive integer of 1 ≦ j ≦ N). In the memory cell array, a plurality of, for example, M, twenty-third wirings arranged in parallel to the semiconductor substrate are connected to the above-described twenty-third electrode 23 provided in each island-like semiconductor layer 1110. Similarly, a plurality of, for example, M, twenty-fourth wirings arranged in parallel to the semiconductor substrate are connected to the above-described twenty-fourth electrode 24 provided in each island-like semiconductor layer 1110. Further, a plurality of, for example, 2 × N twenty-second wirings arranged in a direction parallel to the semiconductor substrate and intersecting the twenty-third wiring 23 and the twenty-fourth wiring 24 are the above-mentioned second wirings of each memory cell. 22 electrodes (22-1) and (22-2) are connected. Similarly, a plurality of, for example, 2 × N twenty-first wirings arranged in a direction crossing the twenty-third wiring 23 and the twenty-fourth wiring 24 are the above-mentioned twenty-first electrodes (21 -1) Connect to (21-2).
[0076]
68 and 69 are equivalent circuit diagrams showing a part of the memory cell array shown in FIGS. 33 to 36, 47 and 48. In this memory cell array, the diffusion layer 1720 is not disposed between the transistors, and further, a polycrystal which is a third conductive film disposed between 1500, 1510 and 1520 which are the gate electrodes of the memory transistor and the selection gate transistor. A silicon film 1530 is formed. In FIG. 68, a polycrystalline silicon film 1530, which is a third conductive film disposed between the gate electrodes of each memory transistor and select gate transistor, is formed as a structure disposed in one island-like semiconductor layer 1110. FIG. 69 shows an equivalent circuit when a plurality of island-shaped semiconductor layers 1110 are arranged.
[0077]
The equivalent circuit shown in FIG. 68 will be described.
A transistor having a thirty-second electrode 32 as a gate electrode and a transistor having a thirty-fifth electrode 35 as a gate electrode are used as selection gate transistors, and a charge storage layer is provided between the selection gate transistors, and a control gate electrode A plurality of memory cells, for example, L, in series, each having a thirty-third electrode (33-h) (h is a positive integer of 1 ≦ h ≦ L), and each transistor In the island-shaped semiconductor layer 1110 in which the transistor including the 36th electrode is arranged as the gate electrode, the 34th electrode 34 is connected to one end of each of the island-shaped semiconductor layers 1110 and the other end The thirty-first electrode 31 is connected, and a plurality of 36 electrodes are all connected to one, and the thirty-sixth electrode 36 is provided in the island-shaped semiconductor layer 1110.
[0078]
The equivalent circuit shown in FIG. 69 will be described.
In the memory cell array in which a plurality of island-like semiconductor layers 1110 are arranged, the connection relationship between the electrodes of the circuit elements arranged in the island-like semiconductor layers 1110 shown in FIG.
A plurality of, for example, M × N island-like semiconductor layers 1110 (M and N are positive integers, i is a positive integer of 1 ≦ i ≦ M, and j is a positive integer of 1 ≦ j ≦ N). In the memory cell array, a plurality of, for example, M thirty-fourth wirings arranged in parallel to the semiconductor substrate are connected to the thirty-fourth electrode 34 provided in each island-shaped semiconductor layer 1110. Further, a plurality of, for example, N × L thirty-third wirings arranged in a direction parallel to the semiconductor substrate and intersecting the thirty-fourth wiring 34 are the above-described thirty-third electrodes (33−) of each memory cell. Connect to h). Further, a plurality of, for example, N thirty-first wirings arranged in a direction intersecting with the thirty-fourth wiring are connected to the above-described thirty-first electrode 31 provided in each island-like semiconductor layer 1110 and Are arranged in parallel with the 33rd wiring. A plurality of, for example, N thirty-second wirings arranged in a direction parallel to the semiconductor substrate and intersecting the thirty-fourth wiring 34 are connected to the above-described thirty-second electrode 32 of each memory cell, Similarly, a plurality of, for example, N thirty-fifth wirings arranged in a direction parallel to the semiconductor substrate and intersecting the thirty-fourth wiring 34 are connected to the above-described thirty-fifth electrode 35 of each memory cell. Connecting. The thirty-sixth electrodes 36 included in each island-shaped semiconductor layer 1110 are all connected to one another by the thirty-sixth wiring.
Note that the thirty-sixth electrodes 36 included in each island-shaped semiconductor layer 1110 do not have to be connected to one by the thirty-sixth wiring, and the memory cell array is divided into two or more by the thirty-sixth wiring. You may connect. That is, the 36th electrode may be connected to each block, for example.
[0079]
70 and 71 are equivalent circuit diagrams showing a part of the SRAM-structured memory cell array shown in FIGS. 12 and 55 to 58, and show an example in which the transistors constituting the memory cells are composed only of NMOS. Yes.
70 shows an equivalent circuit diagram of one SRAM structure memory cell arranged in two adjacent island-like semiconductor layers 1110, and FIG. 71 shows an equivalent circuit when a plurality of memory cells are arranged. ing.
[0080]
The equivalent circuit shown in FIG. 70 will be described.
As shown in FIG. 70, two island-shaped semiconductor layers 110 in which transistors having a 43rd electrode and a 45th electrode are arranged in series as gate electrodes are arranged adjacent to each other. Connect to each other. Specifically, the 46th electrode (46-2) and the 45th electrode (45-1) of the transistor having the 43rd electrode (43-2) as the gate electrode are connected to each other, and the 43rd electrode (43-1 ) Is connected to the 46th electrode (46-1) and 45th electrode (45-2) of the transistor. In addition, in the two adjacent island-like semiconductor layers 1110, the 44th electrode (44-1) is connected to one end of one island-like semiconductor layer 1110, and one of the other island-like semiconductor layers 1110 is connected. The 44th electrode (44-2) is connected to the end of the. In the two island-like semiconductor layers 1110, the forty-first electrode 41 is connected as a common electrode to the other end where the forty-fourth electrodes (44-1) and (44-2) are not connected. Two high-resistance elements are connected to these four transistors as shown in FIG. 70, and a forty-second electrode 42 is connected as a common electrode to the end on the side not connected to the transistor.
[0081]
The equivalent circuit shown in FIG. 71 will be described.
In the memory cell array in which the plurality of island-shaped semiconductor layers 1110 are arranged, the connection relationship between the electrodes of the circuit elements arranged in units of two adjacent island-shaped semiconductor layers 1110 shown in FIG.
A plurality of, for example, 2 × M × N island-like semiconductor layers 1110 (M and N are positive integers, i is a positive integer of 1 ≦ i ≦ M, and j is a positive integer of 1 ≦ j ≦ N. In the memory cell array, a plurality of, for example, 2 × M forty-fourth wirings arranged in parallel to the semiconductor substrate are provided in each island-shaped semiconductor layer 1110. Connect to 44-2) respectively. A plurality of, for example, N forty-third wirings arranged in a direction parallel to the semiconductor substrate and intersecting the forty-fourth wiring 44 are the 43rd electrodes (43-1) of each memory cell. ), (43-2). A plurality of, for example, N forty-first wirings arranged in a direction crossing the forty-fourth wiring are connected to the forty-first electrode 41 provided in each island-like semiconductor layer 1110. Note that the forty-first wiring may be commonly connected to the forty-first electrode 41 provided in each island-shaped semiconductor layer 1110. The above-described forty-second electrodes 42 of each high-resistance element may be all connected together by a forty-second wiring.
The transistor constituting the memory cell may be composed only of PMOS, or may be a transistor having a conductivity type opposite to the transistor having the 43rd or 45th electrode as the gate electrode, instead of the above-described high resistance element. Good.
[0082]
Further, the selection gate transistor and the memory cell adjacent to the selection gate transistor and the adjacent memory cells are not connected via the impurity diffusion layer. Instead, the interval between the selection transistor, the memory cell, and the memory cell is about 30 nm or less. The operation principle of the memory cell having a structure that is very close compared to the case where the selection transistor, the memory cell, and the memory cells are connected via the impurity diffusion layer will be described below.
When adjacent elements are sufficiently close, the channel formed by the potential higher than the threshold applied to the gate of the select gate transistor and the control gate of the memory cell is connected to the channel of the adjacent element, and the gates of all elements are connected. When a potential higher than the threshold value is applied, the channel is connected to all the elements. Since this state is almost equivalent to the case where the selection transistor and the memory cell or memory cell are connected via the impurity diffusion layer, the operation principle is that the selection transistor and the memory cell or memory cell are connected via the impurity diffusion layer. It is the same as when
Further, the memory cell has a structure in which the selection gate transistor and the memory cell are not connected via the impurity diffusion layer, and a third conductive film is disposed between the selection transistor and the gate electrode of the memory cell or the memory cell instead. The operation principle of is described.
The third conductive film is located between the elements and is connected to the island-shaped semiconductor layer through an insulating film, for example, a silicon oxide film. That is, the third conductive film, the insulating film, and the island-shaped semiconductor layer form a MIS capacitor. When a potential is applied to the third conductive film so that an inversion layer is formed at the interface between the island-shaped semiconductor layer and the insulating film, a channel is formed. The formed channel functions in the same way as an impurity diffusion layer connecting each element for adjacent elements. Therefore, when a potential capable of forming a channel is applied to the third conductive film, the operation is similar to that in the case where the selection gate transistor and the memory cell are connected through the impurity diffusion layer. Further, even when a potential capable of forming a channel is not applied to the third conductive film, for example, when the island-shaped semiconductor layer is a p-type semiconductor, when the electrons are extracted from the charge storage layer, the selection gate transistor and the memory cell are The operation is similar to that in the case of connection through the impurity diffusion layer.
[0083]
Embodiment of Memory Cell Array Manufacturing Method
After forming the charge storage layer or control gate, an insulating film formed between the charge storage layer and the semiconductor substrate or semiconductor layer is formed at once, and a semiconductor layer serving as an active region is formed in a columnar shape on the side surface of the insulating film The method of doing will be described below. In addition, when a sidewall-shaped gate electrode is formed, an insulating film is embedded in an adjacent groove portion in advance, and etching of the lateral component is performed using this insulating film as a mask, so that the gate electrode material is deposited to a thickness of about the thickness. The gate electrode is formed with good control.
[0084]
Production Example 1
In the semiconductor memory device formed in this embodiment, a plurality of floating gates are formed as charge storage layers, a selection gate and a control gate are formed, a tunnel oxide film is formed, and islands are formed in a columnar shape by selective epitaxial silicon growth. In a semiconductor memory device in which an island-shaped semiconductor layer is formed, the island-shaped semiconductor layer is electrically floated with respect to the semiconductor substrate, and the active region of each memory cell is electrically floated, the island-shaped semiconductor layer Select gate transistors are arranged at the upper and lower portions of the transistor, a plurality of, for example, two memory transistors are arranged between the select gate transistors, and a tunnel oxide film of each memory transistor is formed in a lump. Are connected in series along the island-shaped semiconductor layer, and the gate insulating film thickness of the select gate transistor is the memory Of equal structure and the gate insulating film thickness of the transistor.
[0085]
Such a semiconductor memory device can be formed by the following manufacturing method.
72 to 96 and FIGS. 97 to 121 are cross-sectional views taken along lines A-A ′ and B-B ′ of FIG. 1 showing the memory cell array of the EEPROM, respectively.
First, a silicon oxide film 1410 is deposited as a first insulating film on the surface of the p-type silicon substrate 1100, for example, 2 to 20 nm as a first insulating film, and a first impurity is deposited on the p-type silicon substrate 1100 using ion implantation. The layer 1710 is introduced (FIGS. 72 and 97). For example, implantation energy of 5 to 100 keV from a direction inclined about 0 to 7 °, arsenic 1 × 1014~ 1x1016/ Cm2About a dose. Further, instead of ion implantation, an oxide film containing arsenic may be deposited by CVD, and arsenic diffusion from the oxide film may be used. The first impurity layer 1710 may not be introduced into the outermost surface of the p-type silicon substrate 1100.
[0086]
Subsequently, using the resist R5 patterned by a known photolithography technique as a mask (FIGS. 73 and 98), for example, the first insulating film 1410 and the p-type silicon substrate 1100 are formed by the reactive ion etching. Etching is performed to 200 nm to 2000 nm so that the impurity layer 1710 is divided, so that a second groove portion 1220 is formed.
After removing the resist R5 (FIGS. 74 and 99), for example, a silicon oxide film 1420 is deposited as a fifth insulating film in the second trench 1220 to a thickness of 100 nm to 300 nm and buried by etch back. The method of embedding the silicon oxide film 1420 as the fifth insulating film may be an etch back using isotropic etching, an etch back using anisotropic etching, or a flattening embedding using CMP. However, various combinations may be used. At this time, the silicon oxide film 1420 as the fifth insulating film may be a silicon nitride film. Further, the silicon oxide film 1410 which is the first insulating film may be removed or may remain.
For example, when the silicon oxide film 1410 which is the first insulating film is removed, a silicon nitride film 1310, for example, 2000 to 20000 nm is formed as a second insulating film on the p-type silicon substrate 1100 or the first impurity layer 1710. It forms (FIGS. 75 and 100).
[0087]
Next, using the resist R6 patterned by a known photolithography technique as a mask (FIGS. 76 and 101), the silicon nitride film 1310 as the second insulating film is etched by, for example, reactive ion etching, A checkered fourth groove 1240 is formed. Thereafter, for example, a silicon oxide film 1421 is deposited to a thickness of 50 to 500 nm as a fifth insulating film in the lattice-patterned fourth groove 1240 by a CVD method.
Thereafter, the oxide film 1421 which is the fifth insulating film is buried by, for example, isotropic etching to the desired depth of the fourth groove portion 1240 (FIGS. 77 and 102), and the silicon nitride film 1310 which is the second insulating film. As a fourth insulating film, for example, a silicon oxide film 1431 is deposited to a thickness of 1 to 10 nm, and then a first conductive film, for example, a polycrystalline silicon film 1511 is deposited to a thickness of about 100 to 500 nm (see FIGS. 78 and 78). 103).
[0088]
Next, the polycrystalline silicon film 1511 which is the first conductive film is etched back to form a sidewall having a desired height (FIGS. 79 and 104). At this time, by setting the AA ′ direction in FIG. 1 below a predetermined value in advance, it is formed as a second wiring layer that becomes a selection gate line continuous in that direction without using a mask process. The
Thereafter, for example, a silicon oxide film 1422 is deposited in the fourth groove 1240 as a fifth insulating film by 50 to 500 nm. After that, the silicon oxide film 1422 as the fifth insulating film is buried to the desired depth of the fourth groove portion 1240 by, for example, isotropic etching, and then is formed on the surface of the silicon nitride film 1310 as the second insulating film. As the fourth insulating film, for example, a silicon oxide film 1432 is deposited by 1 to 10 nm (FIGS. 80 and 105), and then, for example, a polycrystalline silicon film 1512 to be a first conductive film is deposited by about 50 to 200 nm. (FIGS. 81 and 106).
[0089]
Similarly, the polysilicon film 1512 which is the first conductive film is etched back to form a sidewall having a desired height (FIGS. 82 and 107). At this time, the polycrystalline silicon film 1512 as the first conductive film is formed around the silicon nitride film 1310 as the second insulating film, and around each of the silicon nitride films 1310 as the second insulating film. The formed polycrystalline silicon film 1512 as the first conductive film is in a separated state.
Subsequently, an interlayer insulating film 1612 is formed on the surface of the polycrystalline silicon film 1512 which is the first conductive film (FIGS. 83 and 108). The interlayer insulating film 1612 is, for example, an ONO film. Specifically, a 5 to 10 nm silicon oxide film, a 5 to 10 nm silicon nitride film, and a 5 to 10 nm silicon oxide film are sequentially deposited on the surface of the polycrystalline silicon film by a thermal oxidation method.
[0090]
Next, for example, a polycrystalline silicon film 1522 to be a second conductive film is deposited in a thickness of 15 to 150 nm (FIGS. 84 and 109), and etched back corresponding to the deposited film thickness, thereby forming silicon as a fifth insulating film. While exposing the interlayer insulating film 1612 on the oxide film 1422, the polycrystalline silicon film 1522 as the second conductive film is formed on the side of the polycrystalline silicon film 1512 as the first conductive film with the interlayer insulating film 1612 interposed therebetween. Arrange. At this time, the polycrystalline silicon film 1526 which is the second conductive film remains around the silicon nitride film 1310 which is the second insulating film, and the polycrystalline silicon film 1522 which is the second conductive film and the polycrystalline silicon film 1522 remain. The silicon film 1526 is preferably separated (FIGS. 85 and 110). At this time, by setting the AA ′ direction in FIG. 1 to a predetermined value or less in advance, a third wiring layer serving as a control gate line continuous in that direction is formed without using a mask process. The
Thereafter, for example, a silicon oxide film 1423 is deposited to a thickness of 50 to 500 nm as a fifth insulating film in the fourth groove portion 1240. After that, after filling the oxide film 1423 which is the fifth insulating film to the desired depth of the fourth groove portion by, for example, isotropic etching (FIGS. 86 and 111), silicon oxide which is the fifth insulating film Using the film 1423 as a mask, the polycrystalline silicon film 1526 which is the second conductive film exposed by isotropic etching or the like is removed (FIGS. 87 and 112). At this time, it is sufficient to etch about the thickness of the polycrystalline silicon film 1526 which is the second conductive film, and thereby process variations can be reduced.
[0091]
Subsequently, the polycrystalline silicon film 1526 which is the second conductive film remaining in the portion sandwiched between the silicon nitride film 1310 which is the second insulating film and the silicon oxide film 1423 which is the fifth insulating film is isotropically etched. Alternatively, it is removed by anisotropic etching (FIGS. 88 and 113).
After that, as a sixth insulating film, for example, a silicon oxide film 1483 is 8 to 80 nm so as to be embedded in a portion sandwiched between the silicon nitride film 1310 as the second insulating film and the silicon oxide film 1423 as the fifth insulating film. accumulate. At this time, the film thickness of the silicon oxide film 1483 as the sixth insulating film may be about half or more than the deposited film thickness of the polycrystalline silicon film 1522 as the second conductive film (FIGS. 89 and 114).
Next, isotropic etching corresponding to the deposited film thickness is performed to expose the interlayer insulating film 1612 on the side portion of the silicon nitride film 1310 that is the second insulating film, while exposing the sixth groove portion 1240 to the sixth groove portion 1240. A silicon oxide film 1483 which is an insulating film is buried.
Note that although the polycrystalline silicon film 1522 is formed as the second conductive film, it may be formed in a sidewall shape by a combination of deposition and anisotropic etching. Thereafter, using the silicon oxide film 1423 as the fifth insulating film as a mask, the interlayer insulating film 1612 is partially removed by, for example, isotropic etching (FIGS. 90 and 115).
[0092]
By repeating similarly, for example, a polycrystalline silicon film 1523 serving as a second conductive film is disposed on the side of the polycrystalline silicon film 1513 via an interlayer insulating film 1613, and the second conductive film is further formed. The polycrystalline silicon film 1523 which is the conductive film is buried with a silicon oxide film 1424 which becomes the fifth insulating film and a silicon oxide film 1484 which becomes the sixth insulating film (FIGS. 91 and 116). For example, in the polycrystalline silicon film 1514 which becomes the uppermost first conductive film, the polycrystalline silicon film 1514 which is the first conductive film is formed in the same manner as the polycrystalline silicon film 1511 which is the lowermost first conductive film. Etch back.
[0093]
Thereafter, for example, a silicon oxide film 1425 to be a fifth insulating film is deposited to a thickness of 50 to 500 nm, and the upper portion of the silicon nitride film 1310 that is the second insulating film is exposed by, for example, etch back or CMP. (FIGS. 92 and 117). At this time, the silicon oxide film 1425 as the fifth insulating film may be, for example, a silicon nitride film.
Next, the silicon nitride film 1310 that is the second insulating film is selectively removed by, for example, isotropic etching to form the first groove portion 1210. Subsequently, a silicon oxide film 1440 is formed as a third insulating film to be a tunnel oxide film of, for example, about 10 nm on the inner wall of the first groove portion 1210 by using, for example, a CVD method (FIGS. 93 and 118). Here, the silicon oxide film 1440 as the third insulating film is not limited to the CVD oxide film, but may be a thermal oxide film or a nitrogen oxide film.
Subsequently, the silicon oxide film 1440 that is the third insulating film on the first impurity diffusion layer 1710 or the p-type silicon substrate 1100 is selectively removed. For example, the silicon oxide film 1440, which is the third insulating film, is left only in the side wall portion of the first groove portion 1210 by anisotropic etching (FIGS. 94 and 119).
[0094]
Thereafter, a treatment process or the like of the silicon oxide film 1440 that is the third insulating film is performed by heat treatment or the like. For example, annealing is performed for 10 to 100 minutes in a nitrogen atmosphere at 800 to 1000 ° C. At this time, a gas other than nitrogen, such as oxygen, may be added. The thickness of the silicon oxide film 1440 that is the third insulating film is preferably about 10 nm after processing.
Next, the first impurity diffusion layer 1710 or the oxide film formed on the surface of the p-type silicon substrate 1100 is optionally removed by, for example, diluted HF, and island-like semiconductor layers 1721 to 1725 and 1111 are formed in the first groove 1210. Embed ~ 1114. For example, the semiconductor layer is selectively epitaxially grown from the first impurity diffusion layer 1710 or the p-type silicon substrate 1100 located at the bottom of the first groove 1210. At this time, an N-type semiconductor layer 1721, a P-type semiconductor layer 1111, an N-type semiconductor layer 1722, a P-type semiconductor layer 1112, an N-type semiconductor layer 1723, a P-type semiconductor layer 1113, an N-type semiconductor layer 1724, and a P-type semiconductor layer from the lower layer. 1114 and an N-type semiconductor layer 1725 are sequentially stacked (FIGS. 95 and 120). The concentration of the N-type semiconductor layers 1721 to 1725 is arsenic 1 × 1018~ 1x10twenty one/ CmThreeThe P-type semiconductor layers 1111 to 1114 are formed with a dose of about 1 × 10 10 boron.15~ 1x1017/ CmThreeIt is formed with a moderate dose. The N-type semiconductor layers 1721 and 1722 preferably overlap with each other through a polycrystalline silicon film 1511 which is a first conductive film and a silicon oxide film 1440 which is a third insulating film. The layers 1722 and 1723 are the first conductive film polycrystalline silicon film 1512, the N-type semiconductor layers 1723 and 1724 are the first conductive film polycrystalline silicon film 1513, and the N-type semiconductor layers 1724 and 1725 are the first conductive film. It is preferable that the polycrystalline silicon film 1514 which is a conductive film overlaps with the silicon oxide film 1440 which is a third insulating film.
[0095]
Thereafter, the N-type semiconductor layer 1725 is retracted by, for example, an etch back method or a CMP method to expose the silicon oxide film 1425 as the fifth insulating film, and the N-type semiconductor layers 1725 are formed separately. Thereafter, the fourth wiring layer is connected to the upper portion of the N-type semiconductor layer 1725 so that the direction intersects with the second or third wiring layer.
Next, an interlayer insulating film is formed by a known technique, and contact holes and metal wirings are formed. Thus, a semiconductor memory device having a memory function is completed depending on the charge state stored in the charge storage layer having the polycrystalline silicon film serving as the first conductive film as a floating gate.
[0096]
In this manufacturing example, a film formed on the surface of a semiconductor substrate or a polycrystalline silicon film such as the silicon nitride film 1310 as the second insulating film is a multilayer film of silicon oxide film / silicon nitride film from the silicon surface side. It is good. Further, the introduction of impurities into the polycrystalline silicon films 1511 to 1514 as the first conductive film and the polycrystalline silicon films 1522 and 1523 as the second conductive film may be performed at the time of forming the polycrystalline silicon film. It may be performed after film formation or after sidewall formation, and the introduction time is not limited as long as it is a conductive film.
In this manufacturing example, the control gates of the memory cells are formed continuously in one direction without using a mask. This is possible only when the island-like semiconductor layers are not symmetrically arranged. That is, by separating the adjacent interval with the island-shaped semiconductor layer in the second or third wiring layer direction to be smaller than that in the fourth wiring layer direction, it is separated in the fourth wiring layer direction, A wiring layer connected in the direction of the third wiring layer is automatically obtained without a mask. On the other hand, for example, when the island-shaped semiconductor layers are arranged symmetrically, the wiring layers may be separated by a resist patterning step by photolithography.
[0097]
Further, by arranging selection gates above and below the plurality of memory cell portions, the memory cell transistors are in an over-erased state, that is, the read voltage is 0V and the threshold value is in a negative state. However, the phenomenon that the cell current flows can be prevented.
The charge storage layer does not necessarily have a floating gate structure, and charge storage may be realized by trapping in a stacked insulating film. For example, this manufacturing example is also effective in the case of MNOS and MONOS structures. Examples of the laminated insulating film herein include a laminated structure of a tunnel oxide film and a silicon nitride film or a structure in which a silicon oxide film is further formed on the surface of the silicon nitride film.
[0098]
Production Example 2
In the semiconductor memory device formed in this embodiment, after forming a selection gate and a control gate, a stacked insulating film is formed as a charge storage layer, and an island-shaped semiconductor layer is formed in a columnar shape by selective epitaxial silicon growth. In the semiconductor memory device in which the semiconductor semiconductor layer is electrically floating with respect to the semiconductor substrate and the active region of each memory cell is electrically floating, the selection gates are formed above and below the island-like semiconductor layer. A plurality of, for example, two memory transistors are arranged between the select gate transistors, and a tunnel oxide film of each memory transistor is formed in a lump, and each transistor is arranged along the island-shaped semiconductor layer. Connected in series, and the gate insulating film thickness of the select gate transistor is the gate insulating film of the memory transistor. When a equal structure.
[0099]
Such a semiconductor memory device can be formed by the following manufacturing method. 122 to 139 and 140 to 157 are cross-sectional views taken along lines A-A ′ and B-B ′ in FIG. 10, respectively, showing an NMOS or MONOS memory cell array. Using the resist R6 as a mask, the silicon nitride film 1310, which is the second insulating film, is etched by, for example, reactive ion etching to form a lattice-patterned fourth groove 1240 (FIGS. 122 to 126 and 140). To 144) are the same as those in Production Example 1 (FIGS. 72 to 96 and FIGS. 97 to 121).
[0100]
Thereafter, for example, a silicon oxide film 1421 is deposited in a thickness of 50 to 500 nm as a fifth insulating film in the lattice-patterned fourth groove 1240 by a CVD method.
Thereafter, the oxide film 1421 which is the fifth insulating film is buried by, for example, isotropic etching to the desired depth of the fourth groove portion 1240 (FIGS. 127 and 145), and silicon nitride which is the second insulating film As the fourth insulating film, for example, a silicon oxide film 1431 is deposited on the surface of the film 1310 by 1 to 10 nm, and then, for example, a polycrystalline silicon film 1511 to be a first conductive film is deposited to a thickness of about 100 to 500 nm (FIG. 128 and FIG. FIG. 146).
[0101]
Next, the polycrystalline silicon film 1511 which is the first conductive film is etched back to form a sidewall having a desired height (FIGS. 129 and 147). At this time, by setting the AA ′ direction in FIG. 10 below a predetermined value in advance, it is formed as a second wiring layer that becomes a selection gate line continuous in that direction without using a mask process. The
Thereafter, for example, a silicon oxide film 1422 is deposited in the fourth groove 1240 as a fifth insulating film by 50 to 500 nm. Next, the silicon oxide film 1422 which is the fifth insulating film is embedded to the desired depth of the fourth groove 1240 by, for example, isotropic etching (FIGS. 130 and 148).
[0102]
By repeating similarly, the first conductive film, for example, the polycrystalline silicon film 1512, the fifth insulating film, for example, the silicon oxide film 1423, the first conductive film, for example, the polycrystalline silicon film 1513, the first conductive film, etc. For example, a silicon oxide film 1424 to be a fifth insulating film, a polycrystalline silicon film 1514 to be a first conductive film, for example, and a silicon oxide film 1425 to be a fifth insulating film are sequentially formed (FIGS. 131 and 131). 149).
Thereafter, the upper portion of the silicon nitride film 1310 as the second insulating film is exposed by, for example, etch back or CMP (FIGS. 132 and 150). At this time, the silicon oxide film 1425 as the fifth insulating film may be, for example, a silicon nitride film.
Next, the silicon nitride film 1310 that is the second insulating film is selectively removed by, for example, isotropic etching to form the first groove portion 1210.
Subsequently, a silicon oxide film 1440 is formed on the inner wall of the first groove portion 1210 by using, for example, a CVD method as a third insulating film that becomes a gate oxide film of about 10 nm, for example. Here, the silicon oxide film 1440 as the third insulating film is not limited to the CVD oxide film, but may be a thermal oxide film or a nitrogen oxide film.
Next, the silicon oxide film 1440 which is the third insulating film on the first impurity diffusion layer 1710 or the p-type silicon substrate 1100 is selectively removed. For example, the silicon oxide film 1440 that is the third insulating film is left in a sidewall shape only on the side wall portion of the first groove 1210 by anisotropic etching (FIGS. 133 and 151).
[0103]
Thereafter, a treatment process or the like of the silicon oxide film 1440 that is the third insulating film is performed by heat treatment or the like. For example, annealing is performed for 10 to 100 minutes in a nitrogen atmosphere at 800 to 1000 ° C. At this time, a gas other than nitrogen, such as oxygen, may be added. The thickness of the silicon oxide film 1440 that is the third insulating film is preferably about 10 nm after processing.
Furthermore, the oxide film formed on the surface of the first impurity diffusion layer 1710 or the p-type silicon substrate 1100 is optionally removed by, for example, diluted HF, and island-like semiconductor layers 1721 to 1722-1 are formed in the first groove portion 1210. And 1111 are embedded. For example, a semiconductor layer is selectively epitaxially grown from the first impurity diffusion layer 1710 or the p-type silicon substrate 1100 located at the bottom of the first groove 1210. At this time, an N-type semiconductor layer 1721, a P-type semiconductor layer 1111 and an N-type semiconductor layer 1722-1 are sequentially stacked from the lower layer (FIGS. 134 and 152). The concentration of the N-type semiconductor layers 1721-1722-1 is arsenic 1 × 1018~ 1x10twenty one/ CmThreeThe P-type semiconductor layer 1111 formed with a dose of about 1 is boron 1 × 1015~ 1x1017/ CmThreeIt is formed with a moderate dose. The N-type semiconductor layers 1721 and 1722-1 preferably overlap with each other through a polycrystalline silicon film 1511 which is a first conductive film and a silicon oxide film 1440 which is a third insulating film. Further, it is preferable that the N-type semiconductor layer 1722-1 be formed so as not to overlap with the polycrystalline silicon film 1512 which is the first conductive film.
[0104]
Thereafter, the silicon oxide film 1440 as the third insulating film is partially removed using the N-type semiconductor layer 1722-1 as a mask.
Subsequently, a laminated insulating film 1620 serving as a charge storage layer is formed on the inner wall of the first groove 1210 (FIGS. 135 and 153). Here, when the laminated insulating film has an MNOS structure, a 4 to 10 nm silicon nitride film and a 2 to 5 nm silicon oxide film may be sequentially deposited on the surface of the polycrystalline silicon film by, for example, a CVD method. A silicon nitride film having a thickness of 4 to 10 nm may be deposited on the surface of the crystalline silicon film, and a silicon oxide film having a thickness of 2 to 5 nm may be formed by oxidizing the surface of the silicon nitride film. In the case of the MONOS structure, for example, a 2 to 5 nm silicon oxide film, a 4 to 8 nm silicon nitride film and a 2 to 5 nm silicon oxide film are sequentially deposited on the surface of the polycrystalline silicon film by the CVD method. Alternatively, a silicon oxide film of 2 to 5 nm and a silicon nitride film of 4 to 10 nm are sequentially deposited on the surface of the polycrystalline silicon film by a CVD method, and further a silicon oxide film of 2 to 5 nm is formed by oxidizing the surface of the silicon nitride film. It may be formed, or the surface of the polycrystalline silicon film may be oxidized to form a 2 to 5 nm silicon oxide film, or the above methods may be combined in various ways.
Next, the stacked insulating film 1620 over the N-type semiconductor layer 1722-1 is selectively removed. For example, the laminated insulating film 1620 is left in a sidewall shape only on the side wall portion of the first groove portion 1210 by anisotropic etching (FIGS. 136 and 154). After that, treatment treatment or the like of the stacked insulating film 1620 may be performed by heat treatment or the like.
Subsequently, the island-shaped semiconductor layers 1722-2 to 1724-1 and 1112 to 1113 are embedded in the first groove portion 1210 in the same manner as described above. For example, the semiconductor layer is selectively epitaxially grown from the island-shaped semiconductor layer 1722-1 located at the bottom of the first groove 1210. At this time, an N-type semiconductor layer 1722-2, a P-type semiconductor layer 1112, an N-type semiconductor layer 1723, a P-type semiconductor layer 1113, and an N-type semiconductor layer 1724-1 are sequentially stacked from the lower layer. The concentration of the N-type semiconductor layers 1722-2 to 1724-1 is 1 × 10 arsenic as before.18~ 1x10twenty one/ CmThreeThe P-type semiconductor layers 1112 to 1113 are formed with a dose of about 1 × 10 10 boron.15~ 1x1017/ CmThreeIt is formed with a moderate dose. Further, the N-type semiconductor layers 1722-2 and 1723 preferably overlap with each other through the polycrystalline silicon film 1512 which is the first conductive film and the stacked insulating film 1620. Similarly, the N-type semiconductor layers 1723 and 1724- 1 preferably overlaps with the polycrystalline silicon film 1513 which is the first conductive film, and the laminated insulating film 1620. Further, it is preferable that the N-type semiconductor layer 1724-1 is formed so as not to overlap with the polycrystalline silicon film 1514 which is the first conductive film.
[0105]
Thereafter, the stacked insulating film 1620 is partially removed using the N-type semiconductor layer 1724-1 as a mask. Subsequently, a silicon oxide film 1444 is formed as a third insulating film that becomes a gate oxide film of, for example, about 10 nm on the inner wall of the first groove portion 1210 by using, for example, a CVD method. Here, the silicon oxide film 1444 as the third insulating film is not limited to the CVD oxide film, but may be a thermal oxide film or a nitrogen oxide film.
Subsequently, the silicon oxide film 1444 which is the third insulating film on the island-shaped semiconductor layer 1724-1 is selectively removed. For example, the silicon oxide film 1444 that is the third insulating film is left in a sidewall shape only on the side wall portion of the first groove portion 1210 by anisotropic etching (FIGS. 137 and 155).
Thereafter, a treatment treatment or the like of the silicon oxide film 1444 which is the third insulating film is performed by heat treatment or the like. Subsequently, the island-shaped semiconductor layers 1724-2 to 1725 and 1114 are embedded in the first groove portion 1210 as described above. For example, the semiconductor layer is selectively epitaxially grown from the island-shaped semiconductor layer 1724-1 located at the bottom of the first groove 1210. At this time, an N-type semiconductor layer 1724-2, a P-type semiconductor layer 1114, and an N-type semiconductor layer 1725 are sequentially stacked from the lower layer (FIGS. 138 and 156). The concentration of the N-type semiconductor layers 1724-2 to 1725 is 1 × 10 arsenic as before.18~ 1x10twenty one/ CmThreeThe semiconductor layer 1114 formed with a dose of about P type is boron 1 × 1015~ 1x1017/ CmThreeIt is formed with a moderate dose. The N-type semiconductor layers 1724-2 and 1725 preferably overlap with each other through a polycrystalline silicon film 1514 which is a first conductive film and a silicon oxide film 1444 which is a third insulating film. Thereafter, the N-type semiconductor layer 1725 is retracted by, for example, an etch back method or a CMP method to expose the silicon oxide film 1425 as the fifth insulating film, and the N-type semiconductor layers 1725 are formed separately. Thereafter, the fourth wiring layer is connected to the upper portion of the N-type semiconductor layer 1725 so that the direction intersects with the second or third wiring layer.
Further, an interlayer insulating film is formed by a known technique, and contact holes and metal wirings are formed. Thus, a semiconductor memory device having a memory function is realized by the charge state stored in the charge storage layer formed of the stacked insulating film.
[0106]
In this manufacturing example, the silicon nitride film 1310 that is the second insulating film formed on the surface of the semiconductor substrate or the polycrystalline silicon film may be a multilayer film of silicon oxide film / silicon nitride film from the silicon surface side. The introduction of impurities into the polycrystalline silicon films 1511 to 1514 as the first conductive film and the polycrystalline silicon films 1522 and 1523 as the second conductive film may be performed at the time of forming the polycrystalline silicon film, It may be performed after film formation or after sidewall formation, and the introduction time is not limited as long as it is a conductive film.
In this manufacturing example, the control gates of the memory cells are formed continuously in one direction without using a mask. This is possible only when the island-like semiconductor layers are not symmetrically arranged. That is, by separating the adjacent interval with the island-shaped semiconductor layer in the second or third wiring layer direction to be smaller than that in the fourth wiring layer direction, it is separated in the fourth wiring layer direction, A wiring layer connected in the direction of the third wiring layer is automatically obtained without a mask. On the other hand, for example, when the island-shaped semiconductor layers are arranged symmetrically, the wiring layers may be separated by a resist patterning step by photolithography.
Further, by arranging selection gates above and below the plurality of memory cell portions, the memory cell transistors are in an over-erased state, that is, the read voltage is 0V and the threshold value is in a negative state. However, the phenomenon that the cell current flows can be prevented.
[0107]
Production Example 3
In the semiconductor memory device formed in this manufacturing example, a gate oxide film is formed after forming a gate serving as a MIS capacitor and a selection gate as a charge storage layer, an island-shaped semiconductor layer is formed in a columnar shape by selective epitaxial silicon growth, In the semiconductor memory device in which the island-shaped semiconductor layer is electrically floated with respect to the semiconductor substrate and the active region of each memory cell is electrically floated, the upper and lower portions of the island-shaped semiconductor layer are selected. A plurality of, for example, two memory transistors are arranged between a selection gate transistor and a gate oxide film of each memory transistor is formed at one time, and each transistor is connected to the island-like semiconductor layer. And the gate insulating film thickness of the select gate transistor is a memory transistor. The gate insulating film thickness to be equal structure.
[0108]
Such a semiconductor memory device can be formed by the following manufacturing method. FIGS. 158 to 171 and FIGS. 172 to 185 are cross-sectional views taken along lines A-A ′ and B-B ′ in FIG. 11, respectively, showing a memory cell array of a DRAM.
Using the resist R5 patterned by a known photolithography technique as a mask (see FIGS. 73 and 98), for example, the first insulating film 1410 and the p-type silicon substrate 1100 are formed into the first impurity layer by reactive ion etching. Etching Example 2 (FIGS. 122 to 133), except that etching is performed to 200 to 2000 nm so that 1710 is divided and second groove 1220 is formed in a direction intersecting with a second wiring layer to be a continuous gate line later. 140 to 151) (FIGS. 158 to 169 and FIGS. 172 to 183).
Thereafter, the first impurity diffusion layer 1710 or the oxide film formed on the surface of the p-type silicon substrate 1100 is optionally removed by, for example, diluted HF, and island-like semiconductor layers 1721, 1726, 1727 are formed in the first groove portion 1210. , 1725 and 1111, 1120, 1114 are embedded. For example, a semiconductor layer is selectively epitaxially grown from the first impurity diffusion layer 1710 or the p-type silicon substrate 1100 located at the bottom of the first groove 1210. At this time, an N-type semiconductor layer 1721, a P-type semiconductor layer 1111, an N-type semiconductor layer 1726, a P-type semiconductor layer 1120, an N-type semiconductor layer 1727, a P-type semiconductor layer 1114, and an N-type semiconductor layer 1725 are sequentially stacked from the lower layer ( 170 and 184). The concentration of the N-type semiconductor layers 1721, 1726, 1727, and 1725 is arsenic 1 × 1018~ 1x10twenty one/ CmThreeThe semiconductor layers 1111, 1120, and 1114 that are formed at a dose of about P type are boron 1 × 1015~ 1x1017/ CmThreeIt is formed with a moderate dose. The N-type semiconductor layers 1721 and 1726 preferably overlap with each other through the polycrystalline silicon film 1511 which is the first conductive film and the silicon oxide film 1440 which is the third insulating film. The polycrystalline silicon film 1512 which is one conductive film and the silicon oxide film 1440 which is a third insulating film preferably overlap with each other. Similarly, the N-type semiconductor layer 1727 is a multi-layer which is the first conductive film. It is preferable that the crystal silicon film 1513 overlap with the silicon oxide film 1440 which is a third insulating film. The N-type semiconductor layers 1727 and 1725 preferably overlap with each other through a polycrystalline silicon film 1514 which is a first conductive film and a silicon oxide film 1444 which is a third insulating film.
[0109]
Next, the N-type semiconductor layer 1725 is retracted by, for example, etch back or CMP to expose the silicon oxide film 1425 as the fifth insulating film, and the N-type semiconductor layers 1725 are formed separately.
Thereafter, the fourth wiring layer is connected to the upper portion of the N-type semiconductor layer 1725 so that the direction intersects with the second or third wiring layer.
Further, an interlayer insulating film is formed by a known technique to form a contact hole and a metal wiring.
Thereby, a semiconductor memory device having a memory function is realized by the charge state stored in the charge storage layer formed of the MIS capacitor.
[0110]
In this manufacturing example, a film formed on the surface of a semiconductor substrate or a polycrystalline silicon film, such as a silicon nitride film 1310 as a second insulating film, is formed as a silicon oxide film / silicon nitride film multilayer film from the silicon surface side. Also good. The introduction of impurities into the polycrystalline silicon films 1511 to 1514 as the first conductive film and the polycrystalline silicon films 1522 and 1523 as the second conductive film may be performed at the time of forming the polycrystalline silicon film, It may be performed after film formation or after sidewall formation, and the introduction time is not limited as long as it is a conductive film.
In this manufacturing example, the control gates of the memory cells are formed continuously in one direction without using a mask. This is possible only when the island-like semiconductor layers are not symmetrically arranged. That is, by separating the adjacent interval with the island-shaped semiconductor layer in the second or third wiring layer direction to be smaller than that in the fourth wiring layer direction, it is separated in the fourth wiring layer direction, A wiring layer connected in the direction of the third wiring layer is automatically obtained without a mask. On the other hand, for example, when the island-shaped semiconductor layers are arranged symmetrically, the wiring layers may be separated by a resist patterning process by photolithography.
[0111]
Production Example 4
In the semiconductor memory device formed in this manufacturing example, a plurality of floating gates are formed as charge storage layers, a selection gate and a control gate are formed, a tunnel oxide film is formed, and a columnar island shape is formed by selective epitaxial silicon growth. In a semiconductor memory device in which a semiconductor layer is formed, the island-shaped semiconductor layer is electrically floated with respect to a semiconductor substrate, and an active region of each memory cell is electrically floated, an island-shaped semiconductor layer Select gate transistors are arranged on the upper and lower sides of the transistor, and a plurality of, for example, two memory transistors are arranged between the select gate transistors, and a tunnel oxide film of each memory transistor is formed at one time. Are connected in series along the island-shaped semiconductor layer, and the gate insulating film thickness of the select gate transistor is - a larger structure than the thickness of the gate insulating film of the transistor.
[0112]
Such a semiconductor memory device can be formed by the following manufacturing method. 186 to 195 and 196 to 205 are cross-sectional views taken along lines A-A ′ and B-B ′ of FIG. 1, respectively, showing a memory cell array of the EEPROM.
In this manufacturing example, the polycrystalline silicon films 1522 and 1523 which are the second conductive films through the formation of the polycrystalline silicon films 1511 to 1514 and the interlayer insulating films 1612 and 1613, which become the first conductive films at each stage, for example. And a silicon oxide film 1425 to be a fifth insulating film, for example, is deposited to a thickness of 50 to 500 nm, and is manufactured until the upper portion of the silicon nitride film 1310 which is the second insulating film is exposed by, for example, etch back or CMP. This is the same as Example 1 (FIGS. 72 to 92 and FIGS. 97 to 117) (FIGS. 186 and 196).
Thereafter, the silicon nitride film 1310 as the second insulating film is selectively removed by, for example, isotropic etching to form the first groove portion 1210.
[0113]
Subsequently, a silicon oxide film 1451 is formed on the inner wall of the first groove portion 1210 by using, for example, a CVD method as a thirteenth insulating film that becomes a gate oxide film of, eg, about 20 nm (FIGS. 187 and 197). Here, the silicon oxide film 1451 which is the thirteenth insulating film is not limited to the CVD oxide film but may be a thermal oxide film or a nitrogen oxide film.
Next, the silicon oxide film 1451 which is the thirteenth insulating film on the first impurity diffusion layer 1710 or the p-type silicon substrate 1100 is selectively removed. For example, the silicon oxide film 1451 that is the thirteenth insulating film is left in a sidewall shape only on the side wall portion of the first groove portion 1210 by anisotropic etching (FIGS. 188 and 198).
Thereafter, a treatment process or the like of the silicon oxide film 1451 that is the thirteenth insulating film is performed by heat treatment or the like, as in Production Example 1.
Subsequently, if necessary, the oxide film formed on the surface of the first impurity diffusion layer 1710 or the p-type silicon substrate 1100 is removed by, for example, dilute HF, and island-like semiconductor layers 1721 to 1722 are formed in the first groove 1210. -1 and 1111 are embedded. For example, a semiconductor layer is selectively epitaxially grown from the first impurity diffusion layer 1710 or the p-type silicon substrate 1100 located at the bottom of the first groove 1210. At this time, an N-type semiconductor layer 1721, a P-type semiconductor layer 1111 and an N-type semiconductor layer 1722-1 are sequentially stacked from the lower layer (FIGS. 189 and 199). The concentration of the N-type semiconductor layers 1721-1722-1 is arsenic 1 × 1018~ 1x10twenty one/ CmThreeThe P-type semiconductor layer 1111 is formed with a dose of about 1 × 1015~ 1x1017/ CmThreeIt is formed with a moderate dose. The N-type semiconductor layers 1721 and 1722-1 preferably overlap with each other through a polycrystalline silicon film 1511 which is a first conductive film and a silicon oxide film 1451 which is a thirteenth insulating film. Further, it is preferable that the N-type semiconductor layer 1722-1 be formed so as not to overlap with the polycrystalline silicon film 1512 which is the first conductive film.
[0114]
Thereafter, the silicon oxide film 1451 which is the thirteenth insulating film is partially removed using the N-type semiconductor layer 1722-1 as a mask (FIGS. 190 and 200). For example, a silicon oxide film 1440 is formed on the inner wall of the first groove portion 1210 using a CVD method as a third insulating film that becomes a tunnel oxide film of about 10 nm, for example (FIGS. 191 and 201).
Subsequently, the silicon oxide film 1440 which is the third insulating film on the N-type semiconductor layer 1722-1 is selectively removed. For example, the silicon oxide film 1440 that is the third insulating film is left in a sidewall shape only on the side wall portion of the first groove portion 1210 by anisotropic etching (FIGS. 192 and 202).
Thereafter, a treatment process or the like of the silicon oxide film 1440 that is the third insulating film may be performed by heat treatment or the like.
Subsequently, the island-shaped semiconductor layers 1722-2 to 1724-1 and 1112 to 1113 are embedded in the first groove portion 1210 in the same manner as described above. For example, the semiconductor layer is selectively epitaxially grown from the island-shaped semiconductor layer 1722-1 located at the bottom of the first groove 1210. At this time, an N-type semiconductor layer 1722-2, a P-type semiconductor layer 1112, an N-type semiconductor layer 1723, a P-type semiconductor layer 1113, and an N-type semiconductor layer 1724-1 are sequentially stacked from the lower layer (FIGS. 193 and 203). The concentration of the N-type semiconductor layers 1722-2 to 1724-1 is 1 × 10 arsenic as before.18~ 1x10twenty one/ CmThreeThe P-type semiconductor layers 1112 to 1113 are formed with a dose of about 1 × 10 10 boron.15~ 1x1017/ CmThreeIt is formed with a moderate dose. The N-type semiconductor layers 1722-2 and 1723 preferably overlap with each other through the polycrystalline silicon film 1512 which is the first conductive film and the silicon oxide film 1440 which is the third insulating film. The type semiconductor layers 1723 and 1724-1 preferably overlap with each other through a polycrystalline silicon film 1513 which is a first conductive film and a silicon oxide film 1440 which is a third insulating film. Further, it is preferable that the N-type semiconductor layer 1724-1 is formed so as not to overlap with the polycrystalline silicon film 1514 which is the first conductive film.
[0115]
Thereafter, the silicon oxide film 1440 which is the third insulating film is partially removed using the N-type semiconductor layer 1724-1 as a mask.
Subsequently, a silicon oxide film 1454 is formed on the inner wall of the first groove portion 1210 using, for example, a CVD method as a thirteenth insulating film that becomes a gate oxide film of, for example, about 20 nm. Here, the silicon oxide film 1454 as the thirteenth insulating film is not limited to the CVD oxide film, but may be a thermal oxide film or a nitrogen oxide film.
Next, the silicon oxide film 1454 that is the thirteenth insulating film on the island-shaped semiconductor layer 1724-1 is selectively removed. For example, the silicon oxide film 1454 that is the thirteenth insulating film is left in a sidewall shape only on the side wall of the first groove 1210 by anisotropic etching.
Thereafter, the silicon oxide film 1454 which is the thirteenth insulating film is treated by heat treatment or the like.
Subsequently, the island-shaped semiconductor layers 1724-2 to 1725 and 1114 are embedded in the first groove portion 1210 as described above. For example, the semiconductor layer is selectively epitaxially grown from the island-shaped semiconductor layer 1724-1 located at the bottom of the first groove 1210. At this time, an N-type semiconductor layer 1724-2, a P-type semiconductor layer 1114, and an N-type semiconductor layer 1725 are sequentially stacked from the lower layer (FIGS. 194 and 204). The concentration of the N-type semiconductor layers 1724-2 to 1725 is 1 × 10 arsenic as before.18~ 1x10twenty one/ CmThreeThe semiconductor layer 1114 formed with a dose of about P type is boron 1 × 1015~ 1x1017/ CmThreeIt is formed with a moderate dose. The N-type semiconductor layers 1724-2 and 1725 preferably overlap with each other through the polycrystalline silicon film 1514 which is the first conductive film and the silicon oxide film 1454 which is the thirteenth insulating film.
[0116]
Thereafter, the N-type semiconductor layer 1725 is retracted by, for example, an etch back method or a CMP method to expose the silicon oxide film 1425 as the fifth insulating film, and the N-type semiconductor layers 1725 are formed separately.
Subsequently, the fourth wiring layer is connected to the upper portion of the N-type semiconductor layer 1725 so that the direction intersects with the second or third wiring layer.
Thereafter, an interlayer insulating film is formed by a known technique, and contact holes and metal wirings are formed.
According to this manufacturing example, the same effects as those of Manufacturing Example 1 (FIGS. 72 to 96 and FIGS. 97 to 121) can be obtained.
[0117]
Production Example 5
The semiconductor memory device formed in this manufacturing example includes a semiconductor substrate in which an oxide film is inserted,
For example, a plurality of floating gates are formed as charge storage layers on a semiconductor portion of an SOI substrate, a selection gate and a control gate are formed, a tunnel oxide film is formed, and an island-shaped semiconductor layer is formed in a columnar shape by selective epitaxial silicon growth. In the semiconductor memory device, the island-shaped semiconductor layer is electrically floated with respect to the semiconductor substrate, and the active region of each memory cell is electrically floated. A selection gate transistor is arranged at the bottom, and a plurality of, for example, two memory transistors are arranged between the selection gate transistors, and a tunnel oxide film of each memory transistor is formed in a lump, and each transistor is connected to the island. The gate insulating film thickness of the select gate transistor is connected to the memory transistor in series along the semiconductor layer. Of equal structure and the gate insulating film thickness of the register.
[0118]
Such a semiconductor memory device can be formed by the following manufacturing method.
206 and 207 are cross-sectional views taken along lines A-A ′ and B-B ′ in FIG. 1, respectively, showing an EEPROM memory cell array.
This manufacturing example is substantially the same as manufacturing example 1 except that an SOI substrate is used as the substrate (FIGS. 206 and 207), and the same effect can be obtained. Further, the junction capacitance of the impurity diffusion layer 1710 serving as the first wiring layer is suppressed or excluded. In addition, the use of an SOI substrate as the substrate can be applied to all the embodiments of the present invention.
Production Example 6
In the semiconductor memory device formed in this manufacturing example, a plurality of floating gates are formed as a charge storage layer, and after forming a control gate, a tunnel oxide film is formed, and an island-shaped semiconductor layer is formed in a columnar shape by selective epitaxial silicon growth. In the semiconductor memory device, the island-shaped semiconductor layer is electrically floated with respect to the semiconductor substrate, and the active region of each memory cell is electrically floated. An embodiment of the present invention will be described in which two transistors are arranged, the tunnel oxide film of each memory transistor is formed in a lump, and each transistor is connected in series along the island-like semiconductor layer.
[0119]
Such a semiconductor memory device can be formed by the following manufacturing method. 208 to 228 and FIGS. 229 to 249 are cross-sectional views taken along lines A-A ′ and B-B ′ in FIG. 5, respectively, showing a memory cell array of the EEPROM.
In this manufacturing example, a silicon oxide film 1410 is deposited on the surface of the p-type silicon substrate 1100 as a first protective film, for example, 2 to 20 nm as a first insulating film, and the first type is formed on the p-type silicon substrate 1100 using ion implantation. One impurity layer 1710 is introduced (FIGS. 208 and 229). For example, implantation energy of 5 to 100 keV from a direction inclined about 0 to 7 °, arsenic 1 × 1014~ 1x1016/ Cm2About a dose. Instead of ion implantation, an oxide film containing arsenic may be deposited by CVD, and arsenic diffusion from the oxide film may be used. Further, the first impurity layer 1710 may not be introduced into the outermost surface of the p-type silicon substrate 1100.
[0120]
Subsequently, the first impurity layer 1710 is divided into the first insulating film 1410 and the p-type silicon substrate 1100 by, for example, reactive ion etching using the resist R5 patterned by a known photolithography technique as a mask. In this manner, the second groove 1220 is formed by etching at 200 to 2000 nm (FIGS. 209 and 230).
After removing the resist R5, for example, a silicon oxide film 1420 is deposited to a thickness of 100 to 300 nm as a fifth insulating film in the second groove 1220, and is buried by etch back (FIGS. 210 and 231). When the silicon oxide film 1420 as the fifth insulating film is embedded, etch back using isotropic etching, etch back using anisotropic etching, or planarization embedding using CMP may be performed. However, various combinations may be used. At this time, the silicon oxide film 1420 as the fifth insulating film may be a silicon nitride film. Further, the silicon oxide film 1410 which is the fifth insulating film may be removed or may remain. For example, when the silicon oxide film 1410 as the first insulating film is removed, a silicon nitride film 1310, for example, 1000 to 10,000 nm is formed as a second insulating film on the p-type silicon substrate 1100 or the first impurity layer 1710. (FIGS. 211 and 232).
Next, using the resist R6 patterned by a known photolithography technique as a mask, the silicon nitride film 1310, which is the second insulating film, is etched by, for example, reactive ion etching, so that a fourth groove portion in a lattice pattern is formed. 1240 is formed (FIGS. 212 and 233).
[0121]
Thereafter, for example, a silicon oxide film 1421 is deposited in a thickness of 50 to 500 nm as a fifth insulating film in the lattice-patterned fourth groove 1240 by a CVD method.
Next, the oxide film 1421 that is the fifth insulating film is embedded to the desired depth of the fourth groove portion 1240 by, for example, isotropic etching (FIGS. 213 and 234), and the silicon nitride film that is the second insulating film As a fourth insulating film, for example, a silicon oxide film 1431 is deposited on the surface of 1310, for example, by 1 to 10 nm, and then, for example, a polycrystalline silicon film 1511 to be a first conductive film is deposited by about 50 to 200 nm (FIG. 214 and FIG. 235).
Similarly, the polycrystalline silicon film 1511 which is the first conductive film is etched back to form a sidewall having a desired height (FIGS. 215 and 236). At this time, the polycrystalline silicon film 1512 that is the first conductive film is formed around the silicon nitride film 1310 that is the second insulating film, and is formed around each of the silicon nitride films 1310 that are the second insulating film. The polycrystalline silicon film 1511 which is the first conductive film is separated.
[0122]
Subsequently, an interlayer insulating film 1611 is formed on the surface of the polycrystalline silicon film 1511 which is the first conductive film (FIGS. 216 and 237). The interlayer insulating film 1611 is, for example, an ONO film. The ONO film can be formed in the same manner as in Production Example 1.
Next, for example, a polycrystalline silicon film 1521 to be a second conductive film, for example, is deposited by 15 to 150 nm (FIGS. 217 and 238), and etched back corresponding to the deposited film thickness, thereby forming silicon as a fifth insulating film. While exposing the interlayer insulating film 1611 on the oxide film 1421, the polycrystalline silicon film 1521 as the second conductive film is formed on the side of the polycrystalline silicon film 1511 as the first conductive film with the interlayer insulating film 1611 interposed therebetween. Arrange. At this time, the polycrystalline silicon film 1525 which is the second conductive film remains around the silicon nitride film 1310 which is the second insulating film, and the polycrystalline silicon film 1521 which is the second conductive film and the polycrystalline film The silicon film 1525 is preferably separated (FIGS. 218 and 239). By setting the AA ′ direction in FIG. 5 below a predetermined value in advance, it is formed as a third wiring layer that becomes a control gate line continuous in that direction without using a mask process. .
Thereafter, for example, a silicon oxide film 1422 is deposited in the fourth groove 1240 as a fifth insulating film by 50 to 500 nm.
[0123]
Next, the oxide film 1422 which is the fifth insulating film is buried by, for example, isotropic etching to the desired depth of the fourth groove (FIGS. 219 and 240), and the silicon oxide film 1422 which is the fifth insulating film is formed. The polycrystalline silicon film 1525 which is the second conductive film exposed to the mask by isotropic etching or the like is removed (FIGS. 220 and 241). At this time, it is sufficient to etch about the thickness of the polycrystalline silicon film 1525 which is the second conductive film, thereby reducing process variations.
Subsequently, the polycrystalline silicon film 1525 as the second conductive film remaining in the portion sandwiched between the silicon nitride film 1310 as the second insulating film and the silicon oxide film 1422 as the fifth insulating film is isotropically etched. Alternatively, it is removed by anisotropic etching (FIGS. 221 and 242).
Thereafter, for example, a silicon oxide film 1482 of 8 to 80 nm is embedded as a sixth insulating film so as to be embedded in a portion sandwiched between the silicon nitride film 1310 as the second insulating film and the silicon oxide film 1422 as the fifth insulating film. accumulate. At this time, the film thickness of the silicon oxide film 1482 as the sixth insulating film may be about half or more than the deposited film thickness of the polycrystalline silicon film 1521 as the second conductive film (FIGS. 222 and 243).
Next, isotropic etching corresponding to the deposited film thickness is performed to expose the interlayer insulating film 1611 on the side of the silicon nitride film 1310 that is the second insulating film, while the sixth groove portion 1240 has the sixth A silicon oxide film 1482 which is an insulating film is buried (FIGS. 223 and 244). Although the formation of the polycrystalline silicon film 1521 is described as the second conductive film in this way, it may be formed in a side wall shape by a combination of deposition and anisotropic etching.
[0124]
Thereafter, the interlayer insulating film 1611 is partially removed by, for example, isotropic etching using the silicon oxide film 1422 as the fifth insulating film as a mask (FIGS. 224 and 245).
By repeating similarly, for example, a polycrystalline silicon film 1522 to be a second conductive film is disposed on the side of the polycrystalline silicon film 1512 with an interlayer insulating film 1612 interposed therebetween, for example. A polycrystalline silicon film 1522 which is a second conductive film is buried with a silicon oxide film 1423 which becomes a fifth insulating film and a silicon oxide film 1483 which becomes a sixth insulating film.
Thereafter, the upper portion of the silicon nitride film 1310 as the second insulating film is exposed by, for example, etch back or CMP (FIGS. 225 and 246). At this time, the silicon oxide film 1423 which is the fifth insulating film may be, for example, a silicon nitride film.
Next, the silicon nitride film 1310 that is the second insulating film is selectively removed by, for example, isotropic etching to form the first groove portion 1210.
Subsequently, a silicon oxide film 1440 is formed on the inner wall of the first groove portion 1210 using, for example, a CVD method as a third insulating film that becomes a tunnel oxide film of about 10 nm, for example (FIGS. 226 and 247). Here, the silicon oxide film 1440 as the third insulating film is not limited to the CVD oxide film, but may be a thermal oxide film or a nitrogen oxide film.
Next, the silicon oxide film 1440 which is the third insulating film on the first impurity diffusion layer 1710 or the p-type silicon substrate 1100 is selectively removed. For example, the silicon oxide film 1440 that is the third insulating film is left in a sidewall shape only on the side wall of the first groove 1210 by anisotropic etching.
Thereafter, a treatment process or the like of the silicon oxide film 1440 that is the third insulating film is performed by the same method as in Production Example 1 by heat treatment or the like.
Next, if necessary, the first impurity diffusion layer 1710 or the oxide film formed on the surface of the p-type silicon substrate 1100 is removed by, for example, diluted HF, and island-like semiconductor layers 1721 to 1723 and 1111 and 1112 are embedded. For example, a semiconductor layer is selectively epitaxially grown from the first impurity diffusion layer 1710 or the p-type silicon substrate 1100 located at the bottom of the first groove 1210. At this time, an N-type semiconductor layer 1721, a P-type semiconductor layer 1111, an N-type semiconductor layer 1722, a P-type semiconductor layer 1112, and an N-type semiconductor layer 1723 are sequentially stacked from below (FIGS. 227 and 248). The concentration of the N-type semiconductor layers 1721 to 1725 is arsenic 1 × 1018~ 1x10twenty one/ CmThreeThe P-type semiconductor layers 1111 and 1112 are formed with a dose of about 1 × 10 10 boron.15~ 1x1017/ CmThreeIt is formed with a moderate dose. The N-type semiconductor layers 1721 and 1722 preferably overlap with each other through a polycrystalline silicon film 1511 which is a first conductive film and a silicon oxide film 1440 which is a third insulating film. The layers 1722 and 1723 preferably overlap with each other through a polycrystalline silicon film 1512 which is a first conductive film and a silicon oxide film 1440 which is a third insulating film.
[0125]
Thereafter, the N-type semiconductor layer 1723 is retracted by, for example, an etch back method or a CMP method to expose the silicon oxide film 1423 as the fifth insulating film, and the N-type semiconductor layers 1723 are separately formed.
Next, the fourth wiring layer is connected to the upper portion of the N-type semiconductor layer 1723 so that the direction intersects with the second or third wiring layer.
Thereafter, an interlayer insulating film is formed by a known technique, and contact holes and metal wirings are formed. Thus, a semiconductor memory device having a memory function is realized by the charge state stored in the charge storage layer having the polycrystalline silicon film serving as the first conductive film as a floating gate (FIGS. 228 and 249).
[0126]
In this manufacturing example, the film formed on the surface of the semiconductor substrate or the polycrystalline silicon film such as the silicon nitride film 1310 as the second insulating film may be formed as a silicon oxide film / silicon nitride film multilayer film from the silicon surface side. Good. The introduction of impurities into the polycrystalline silicon films 1511 and 1512 as the first conductive film and the polycrystalline silicon films 1521 and 1522 as the second conductive film may be performed at the time of forming the polycrystalline silicon film. It may be performed after film formation or after sidewall formation, and the introduction time is not limited as long as it is a conductive film.
In this manufacturing example, the control gate of each memory cell is formed to be continuous in one direction without using a mask. This is possible only when the island-like semiconductor layers are not symmetrically arranged. That is, by separating the adjacent interval with the island-shaped semiconductor layer in the second or third wiring layer direction to be smaller than that in the fourth wiring layer direction, it is separated in the fourth wiring layer direction, A wiring layer connected in the direction of the third wiring layer is automatically obtained without a mask. On the other hand, for example, when the island-shaped semiconductor layers are arranged symmetrically, the wiring layers may be separated by a resist patterning step by photolithography.
[0127]
Production Example 7
In the semiconductor memory device formed in this manufacturing example, a plurality of floating gates are formed as charge storage layers, a selection gate and a control gate are formed, a tunnel oxide film is formed, and a columnar island shape is formed by selective epitaxial silicon growth. In a semiconductor memory device in which a semiconductor layer is formed, the island-shaped semiconductor layer is electrically floated with respect to a semiconductor substrate, and an active region of each memory cell is electrically common, an upper portion of the island-shaped semiconductor layer And a plurality of, for example, two memory transistors sandwiched between the select gate transistors, and a tunnel oxide film of each memory transistor is formed at one time. Connected in series along the island-shaped semiconductor layer, and the gate insulating film thickness of the select gate transistor is the memory transistor. Of equal structure and the gate insulating film thickness of.
[0128]
Such a semiconductor memory device can be formed by the following manufacturing method.
250 to 252 and FIGS. 253 to 255 are cross-sectional views taken along lines A-A ′ and B-B ′ in FIG. 1, respectively, showing a memory cell array of the EEPROM. FIGS. 256 to 258 and FIGS. 259 to 261 are cross-sectional views taken along lines A-A ′ and B-B ′ of FIG. 1, respectively, showing a memory cell array of the EEPROM.
Such a semiconductor memory device can be formed by the following manufacturing method.
In this manufacturing example, manufacturing example 1 (FIG. 1) is performed until the polycrystalline silicon film 1522 which is the second conductive film is arranged on the side portion of the polycrystalline silicon film 1512 which is the first conductive film with the interlayer insulating film 1612 interposed therebetween. 72 to 90 and FIGS. 97 to 115). However, when the silicon oxide film 1423 that is the fifth insulating film is embedded in the fourth groove portion 1240, the silicon oxide film 1423 that is the fifth insulating film is formed on the polycrystalline silicon film 1522 that is the second conductive film. Is controlled to a thickness of about 20 to 40 nm, or the polycrystalline silicon film 1522 as the second conductive film is exposed to form a thermal oxide film with a thickness of about 20 to 40 nm (FIGS. 250 and 253). ). At this time, the interval between the polycrystalline silicon films 1512 and 1513 which are the first conductive films which are the floating gates of the memory cells is set to 20 to 30 (FIGS. 251 and 254), whereby the first groove 1210 is formed in a later process. Thus, it is not necessary to form the impurity diffusion layer 1723 formed between the memory cells in the island-shaped semiconductor layers 1721 to 1725 formed in the step (FIGS. 252 and 255).
[0129]
As another production example, the same process as in Production Example 1 (FIGS. 72 to 79 and FIGS. 97 to 104) is performed until the polycrystalline silicon film 1511 which is the first conductive film is formed. However, when the silicon oxide film 1422 which is the fifth insulating film is embedded in the fourth groove portion 1240 between the select gate and the memory cell, the fifth groove 1240 is formed on the polycrystalline silicon film 1521 which is the first conductive film. The silicon oxide film 1422 as an insulating film is controlled to a thickness of about 20 to 40 nm, or the polycrystalline silicon film 1521 as a second conductive film is exposed to form a thermal oxide film with a thickness of about 20 to 40 nm. It forms (FIGS. 256 and 259).
Further, between the memory cells, when the silicon oxide film 1423 which is the fifth insulating film is embedded in the fourth groove portion 1240 in the same manner as described above, the polycrystalline silicon film 1522 which is the second conductive film is buried. In addition, the silicon oxide film 1423 which is the fifth insulating film is controlled to a thickness of about 20 to 40 nm, or the polycrystalline silicon film 1522 which is the second conductive film is exposed to have a thickness of about 20 to 40 nm. A thermal oxide film is formed (FIGS. 257 and 260). At this time, by setting the distance between the polycrystalline silicon films 1512 and 1513 which are the first conductive films which are the floating gates of the memory cells to 20 to 30 nm, an island-shaped semiconductor layer which is formed in the first groove 1210 in a later step Of 1721 to 1725, there is no need to form impurity diffusion layers 1722, 1723, and 1724 formed between the select gate and the memory cell (FIGS. 258 and 261).
[0130]
Production Example 8
In the semiconductor memory device formed in this manufacturing example, a plurality of floating gates are formed as charge storage layers, a selection gate and a control gate are formed, a tunnel oxide film is formed, and a columnar island shape is formed by selective epitaxial silicon growth. In a semiconductor memory device in which a semiconductor layer is formed, the island-shaped semiconductor layer is electrically floated with respect to a semiconductor substrate, and an active region of each memory cell is electrically common, an upper portion of the island-shaped semiconductor layer And a plurality of, for example, two memory transistors sandwiched between the select gate transistors, and a tunnel oxide film of each memory transistor is formed at one time. Connected in series along the island-shaped semiconductor layer, and the gate insulating film thickness of the select gate transistor is the memory transistor. An equal structure and the gate insulating film thickness of, placing a transfer gate between each of the transistors in order to transmit an electrical potential to the active region of each memory transistor.
Such a semiconductor memory device can be formed by the following manufacturing method.
262 and 263 are cross-sectional views taken along lines A-A ′ and B-B ′ of FIG. 1, respectively, showing a memory cell array of the EEPROM.
[0131]
In this manufacturing example, after forming the polycrystalline silicon films 1521, 1522, 1523, and 1524 which are the second conductive films, the step of forming the gate electrode by the polycrystalline silicon film 1530 which is the third conductive film. Except for the addition, the same procedure as in Production Example 1 is performed.
That is, after the polycrystalline silicon films 1521, 1522, 1523, and 1524 which are the second conductive films are formed, the island-shaped semiconductor layer 1110 between the polycrystalline silicon films 1521 and 1522 which are the first conductive films is exposed. The silicon oxide films 1424 to 1422 and the interlayer insulating films 1612 and 1613 which are the fifth insulating films are removed by isotropic etching to the extent possible.
Thereafter, the oxide film 1400 that is the 21st insulating film is formed on the surface of the island-shaped semiconductor layer 1110 between the selection gate and the memory cell, and the polycrystalline silicon that is the first and second conductive films using, for example, a thermal oxide film method. After forming on the exposed portions of the films 1511, 1512, 1513, 1514, 1521, 1522, 1523 and 1524, a polycrystalline silicon film 1530 which is a third conductive film is deposited on the entire surface.
Subsequently, the polysilicon film 1530 as the third conductive film is etched back by anisotropic etching to such an extent that the space portions of the polysilicon films 1523 and 1524 as the second conductive film are not exposed.
Further, the semiconductor memory device is completed by the same method as in Production Example 1 (FIGS. 262 and 263).
[0132]
Production Example 9
This manufacturing example shows a specific manufacturing example for obtaining a structure in which the direction of the first wiring layer and the direction of the fourth wiring layer are parallel. 264 to 266 and FIGS. 267 to 269 are cross-sectional views taken along lines A-A ′ and B-B ′ of FIG. 1, respectively, showing a memory cell array of the EEPROM.
In this manufacturing example, the first insulating film 1410 and the p-type silicon substrate 1100 are formed by, for example, reactive ion etching using a resist R5 patterned by a known photolithography technique as a mask (see FIGS. 73 and 98). Example of manufacturing except that etching is performed to 200 to 2000 nm so that the first impurity layer 1710 is divided, and the second groove 1220 is formed in a direction intersecting with the second wiring layer to be a continuous gate line later. (FIGS. 264 to 266 and FIGS. 267 to 269).
Thus, a semiconductor memory having a memory function depending on a charge state stored in a charge storage layer having a polycrystalline silicon film serving as a first conductive film in which the first wiring layer and the fourth wiring layer are parallel as a floating gate. The device is realized.
[0133]
In this manufacturing example, a film formed on the surface of a semiconductor substrate or a polycrystalline silicon film, such as a silicon nitride film 1310 as a second insulating film, is formed as a silicon oxide film / silicon nitride film multilayer film from the silicon surface side. It doesn't matter. The introduction of impurities into the polycrystalline silicon films 1511 to 1514 as the first conductive film and the polycrystalline silicon films 1522 and 1523 as the second conductive film may be performed at the time of forming the polycrystalline silicon film, It may be performed after film formation or after sidewall formation, and the introduction time is not limited as long as it is a conductive film.
In this manufacturing example, the control gates of the memory cells are formed continuously in one direction without using a mask. This is possible only when the island-like semiconductor layers are not symmetrically arranged. That is, by separating the adjacent interval with the island-shaped semiconductor layer in the second or third wiring layer direction to be smaller than that in the fourth wiring layer direction, it is separated in the fourth wiring layer direction, A wiring layer connected in the direction of the third wiring layer is automatically obtained without a mask. On the other hand, for example, when the island-shaped semiconductor layers are arranged symmetrically, the wiring layers may be separated by a resist patterning step by photolithography.
Further, by arranging selection gates above and below the plurality of memory cell portions, the memory cell transistors are in an over-erased state, that is, the read voltage is 0V and the threshold value is in a negative state. However, the phenomenon that the cell current flows can be prevented.
[0134]
Production Example 10
This manufacturing example shows a specific manufacturing example for obtaining a structure in which the first wiring layer is electrically common to the memory array. 270 to 271 and FIGS. 272 to 273 are cross-sectional views taken along lines A-A ′ and B-B ′ in FIG. 1, respectively, showing a memory cell array of the EEPROM.
In this manufacturing example, the second groove portion 1220 is not formed in the semiconductor substrate 1100, and the process related to this is omitted from the manufacturing example 1.
As a result, at least the first wiring layer in the array is shared without being divided, and has a memory function depending on the charge state stored in the charge storage layer using the polycrystalline silicon film serving as the first conductive film as a floating gate. A semiconductor memory device is realized (FIGS. 270 to 271 and FIGS. 272 to 273).
[0135]
Production Example 11
This manufacturing example shows a specific manufacturing example for obtaining a structure in which a floating gate is formed in a rectangle in a method of forming an island-like semiconductor layer after forming a floating gate as a charge storage layer. FIGS. 274 to 279 and 280 to 285 are cross-sectional views taken along lines A-A ′ and B-B ′ of FIG. 1, respectively, showing an EEPROM memory cell array.
In this manufacturing example, when the polycrystalline silicon films 1511 to 1514 serving as the first conductive film are formed, the first polycrystalline silicon film 1512 covered with the silicon nitride film 1310 serving as the second insulating film is anisotropically formed. After the side wall is formed by etching, a silicon oxide film 1462, which is the eighth insulating film, is buried to a desired depth between the polycrystalline silicon film 1512, which is the first conductive film, and silicon, which is the eighth insulating film. Using the oxide film 1462 as a mask, the polycrystalline silicon film 1512 which is the first conductive film is partially removed by isotropic or anisotropic etching (FIGS. 274 to 277 and FIGS. 280 to 283).
Next, the silicon oxide film 1462 which is the eighth insulating film is removed, and a polycrystalline silicon film 1512 which is the first conductive film is formed in a rectangular shape. Similarly, the polycrystalline silicon film 1522 which is the second conductive film may be similarly formed. Further, the first polycrystalline silicon films 1511 and 1514 which are selection gates may be formed in the same manner (FIGS. 278 to 279 and FIGS. 284 to 285).
[0136]
Production Example 12
In this manufacturing example, in the method of forming an island-shaped semiconductor layer after forming a floating gate as a charge storage layer, a specific example for obtaining a structure in which the control gate is covered with an interlayer insulating film on the side surface and top surface of the floating gate. A typical manufacturing example is shown. 286 to 289 and FIGS. 290 to 293 are A-A ′ and B-B ′ sectional views of FIG. 1 showing the memory cell array of the EEPROM, respectively.
This manufacturing example is the same as the manufacturing example 1 until a polycrystalline silicon film 1522 to be a second conductive film, for example, 15 to 150 nm is deposited.
After that, by performing etch back corresponding to the deposited film thickness, the interlayer insulating film 1612 on the silicon oxide film 1422 as the fifth insulating film is exposed, and on the side of the polycrystalline silicon film 1512 as the first conductive film. A polycrystalline silicon film 1522 which is a second conductive film is disposed with an interlayer insulating film 1612 interposed therebetween. At this time, the polycrystalline silicon film 1522 as the second conductive film remains around the silicon nitride film 1310 as the second insulating film (FIGS. 286 and 290).
Next, for example, a silicon oxide film 1423 is deposited in the fourth groove 1240 as a fifth insulating film by 50 to 500 nm.
Thereafter, the oxide film 1423, which is the fifth insulating film, is buried by, for example, isotropic etching to the desired depth of the fourth groove (FIGS. 287 and 291), and the silicon oxide film 1423, which is the fifth insulating film, is masked. The polysilicon film 1522 which is the second conductive film exposed by isotropic etching or anisotropic etching is removed (FIGS. 288 and 292). At this time, it is sufficient to etch about the thickness of the polycrystalline silicon film 1522 which is the second conductive film, thereby reducing process variations.
Subsequently, the polycrystalline silicon film 1522 as the second conductive film remains in a portion sandwiched between the silicon nitride film 1310 as the second insulating film and the silicon oxide film 1423 as the fifth insulating film ( 289 and 293). As a result, the area of the polycrystalline silicon film 1512 that is the first conductive film in contact with the polycrystalline silicon film 1522 that is the second conductive film through the interlayer capacitance film 1612 increases, and the coupling ratio is improved.
[0137]
Production Example 13
In the method of forming the island-shaped semiconductor layer after forming the floating gate as the charge storage layer, specific manufacturing examples in which the lengths of the gates of these transistors in the vertical direction are different will be described. 294 to 295 and FIGS. 296 to 297 are cross-sectional views taken along lines A-A ′ and B-B ′ of FIG. 1, respectively, showing an EEPROM memory cell array.
In this manufacturing example, the lengths in the direction perpendicular to the semiconductor substrate 1100 of the polycrystalline silicon films 1511 to 1514 which are the first conductive films to be the gates or select gates of the memory cells are shown in FIGS. 294 and 296. Thus, the selection gate lengths of the polycrystalline silicon films 1511 and 1514 may be different.
As shown in FIGS. 295 and 297, even if the gate lengths of the memory cells of the polycrystalline silicon films 1512 and 1513 which are the first conductive films are different, the polycrystalline silicon films 1511 to 1511 which are the first conductive films. The lengths in the vertical direction of 1514 may not be the same length.
[0138]
Production Example 14
In the method of forming the island-shaped semiconductor layer after forming the floating gate as the charge storage layer, a specific manufacturing example in which the vertical lengths of the active regions of these transistors are different will be described. 298 and 299 are cross-sectional views taken along lines A-A ′ and B-B ′ in FIG. 1, respectively, showing a memory cell array of the EEPROM.
In this manufacturing example, the length in the direction perpendicular to the semiconductor substrate 1100 of the semiconductor layers 1111 to 1114 serving as the channel portion of the memory cell or the channel portion of the selection transistor is as shown in FIGS. 298 and 299. Even if the channel lengths of the selection transistors 1111, 1114 are different, the channel lengths of the memory cells of the semiconductor layers 1112, 1113 may be different.
[0139]
Production Example 15
In the method of forming an island-shaped semiconductor layer after forming a floating gate as a charge storage layer, the height of the impurity diffusion layer 1725 located at the upper end of the semiconductor layer 1110 connected to the fourth wiring layer 1840 is increased. A specific manufacturing example in the case is shown. 300 and 301 are cross-sectional views taken along lines A-A ′ and B-B ′ in FIG. 1, respectively, showing an EEPROM memory cell array.
In this manufacturing example, the height of the semiconductor layer 1725 connected to the fourth wiring layer 1840 may be large (FIGS. 300 and 301). At this time, the thickness of the silicon oxide film 1425 which is the fifth insulating film can be set thick, and the insulation between the polycrystalline silicon film 1514 which is the first conductive film and the fourth wiring layer 1840 is improved. Alternatively, since the exposed area can be set large when exposing the impurity diffusion layer 1725, the connection performance between the impurity diffusion layer 1725 and the fourth wiring layer 1840 is improved.
[0140]
Production Example 16
In a method of forming an island-shaped semiconductor layer after forming a floating gate as a charge storage layer, a specific example of forming the fourth wiring layer 1840 by processing the impurity diffusion layer 1725 located at the upper end of the semiconductor layer 1110 A production example is shown. 302 to 303 and 304 to 305 are cross-sectional views taken along lines A-A ′ and B-B ′ in FIG. 1, respectively, showing a memory cell array of the EEPROM.
In this manufacturing example, a semiconductor layer 1725 as a fourth wiring layer is processed by reactive ion etching using a resist R8 patterned by a known photolithography technique as a mask (FIGS. 302 and 304). A fourth wiring layer is formed so as to intersect the direction of the second wiring layer or the third wiring layer (FIGS. 303 and 304).
[0141]
Production Example 17
A specific manufacturing example of the shape of the island-shaped semiconductor layer formed after forming the floating gate as the charge storage layer will be described. 306 to 307 and 308 to 309 are cross-sectional views taken along lines A-A ′ and B-B ′ in FIG. 1, respectively, showing a memory cell array of the EEPROM.
In this manufacturing example, when the first groove portion 1210 is formed by reactive ion etching, when the upper end portion and the lower end portion of the silicon nitride film 1310 which is the second insulating film are different from each other, FIG. 306 and FIG. As shown in 308.
Further, when the horizontal position of the upper end portion and the lower end portion of the silicon nitride film 1310 which is the second insulating film is shifted, the result is as shown in FIGS. 307 and 309.
For example, when the shape of the silicon nitride film 1310 that is the second insulating film from the upper surface is circular, the former has a conical shape, and the latter has a structure having an oblique cylinder. Note that there is no particular limitation on the shape of the silicon nitride film 1310 which is the second insulating film as long as memory cells can be arranged in series in a direction perpendicular to the semiconductor substrate 1100.
[0142]
Production Example 18
A specific manufacturing example of the shape of the bottom of the semiconductor layer 1110 when the island-shaped semiconductor layer is formed after forming the floating gate as the charge storage layer will be described. FIGS. 310 to 313 and FIGS. 314 to 317 are cross-sectional views taken along lines A-A ′ and B-B ′ of FIG. 1, respectively, showing a memory cell array of the EEPROM.
In this manufacturing example, the bottom shape of the checkered first groove portion 1210 may exhibit a linear inclined structure as shown in FIGS. 310, 314, 311 and 315.
Moreover, as shown in FIGS. 312, 316, 313, and 317, the bottom shape of the first checkered groove 1210 may have a rounded inclined structure.
Here, the lower end portion of the polycrystalline silicon film 1511 to be the first conductive film may or may not reach the inclined portion at the bottom of the first groove portion 1210.
[0143]
Production Example 19
In the method of forming the island-shaped semiconductor layer after forming the floating gate as the charge storage layer, a specific manufacturing example will be shown for the shape of the polycrystalline silicon film deposited on the base step portion. 318 to 323 and 324 to 329 are cross-sectional views taken along lines A-A ′ and B-B ′ of FIG. 1 showing a memory cell array of the EEPROM, respectively.
The first polycrystalline silicon films 1511 to 1514 and the second polycrystalline silicon films 1521 to 1524 covered with the silicon nitride film 1310 which is the second insulating film are shown in FIGS. 318 to 323 and 324 to 329. As shown, a structure deposited uniformly along the bottom shape of the first groove 1210 may be presented. Further, as in the manufacturing system 1, a structure in which the substrate is partially unevenly deposited may be exhibited depending on the shape of the bottom.
[0144]
Production Example 20
A specific example of manufacturing a terminal that realizes electrical connection between the first, second, and third wiring layers and the peripheral circuit in the technique of collectively forming the selection gate and the floating gate of each transistor will be described. 330 to 335 show the memory cell array of the EEPROM, respectively, taken along lines HH ′, I1-I1 ′, I2-I2 ′, and I3-I3 ′ in FIGS. 8 and 9. They are line sectional drawing, I4-I4 'sectional view, and I5-I5' sectional view. The same applies to FIGS. 336 to 341. In order to apply a voltage from the outside to the embedded wiring layer, for example, portions 1921, 1932, 1933, 1934, 1910 where the terminals arranged on the upper surface of the semiconductor device are electrically coupled can be confirmed. A sectional view at the position is shown.
In this manufacturing example, each of the first, second, and third wiring layers embedded in the wiring layer lead-out portion is arranged in a step shape as shown in FIGS. 330 to 335, and ends of the respective wiring layers. The first, second, and third wiring layers are formed by forming the first, second, and third contacts 1921, 1932, 1933, 1934, and 1910 so as not to cross the wiring layers other than the desired wiring layer. Is pulled out to the upper surface of the semiconductor device.
The first, second, and third contacts 1921, 1932, 1933, 1934, and 1910 are not formed. For example, the same effect can be obtained by arranging the conductive film to the upper surface of the semiconductor device. Also good.
Also, the first, second, and third wiring layers embedded in the wiring layer lead portion are arranged as shown in FIGS. 336 to 341, and the first, second, and third contacts 1921, 1932, After opening 1933, 1934, and 1910, as a twenty-third insulating film, a silicon oxide film 1499, for example, is deposited to 10 to 100 nm, and then etched back by the deposited film thickness to form a contact formed in the wiring layer lead portion. A sidewall of a silicon oxide film 1499, which is a twenty-third insulating film, is formed on the inner wall of the first wiring layer, and then a metal or a conductive film is embedded in the contact portion to thereby form the first wiring layer and the second and third wirings. The layer may be drawn to the upper surface of the semiconductor device (FIGS. 336 to 341). At this time, the twenty-third insulating film is not limited to a silicon oxide film, and may be a silicon nitride film, and is not limited as long as it is an insulating film.
Further, as shown in FIGS. 339 to 341, the contact for leading out the wiring layer may be formed in common with the wiring layer leading portion of the adjacent memory cells in the AA ′ direction. 330 to 335 may be formed in each wiring layer lead portion.
The method of pulling out the first wiring layer and the second and third wiring layers to the upper surface of the semiconductor as described above can be applied to all the embodiments in the present invention.
[0145]
Production Example 21
As an example of the arrangement of the transistors and capacitors constituting the DRAM, a specific manufacturing example will be described in the case where transistors, capacitors, transistors, and capacitors are arranged in this order from the top of the island-shaped semiconductor layer 1110. FIGS. 342 and 343 are cross-sectional views taken along lines A-A ′ and B-B ′ of FIG. 11 showing the memory cell array of the EEPROM, respectively.
In this manufacturing example, the structure as shown in FIGS. 342 and 343 is made in accordance with Manufacturing Example 3 except that the impurity diffusion layer 1710 is not formed and the separation step of the impurity diffusion layer is not introduced.
Accordingly, a plurality of capacitors formed in the island-shaped semiconductor layer 1110 can be separated by transistors. Further, since the impurity diffusion layer 1710 is not used as a wiring layer, the wiring capacitance is reduced.
Note that the above manufacturing example in which the island-shaped semiconductor layer 1110 is formed in a columnar shape by selective epitaxial silicon growth after a plurality of charge storage layers are formed may be used in various combinations.
[0146]
【The invention's effect】
According to the method for manufacturing a semiconductor memory device of the present invention, it is possible to avoid or prevent the back bias effect of the substrate in the vertical direction of the island-shaped semiconductor layer, and to connect the memory in series between the bit line and the source line. A semiconductor memory device capable of forming a plurality of cells can be efficiently manufactured. As a result, it is possible to create a high-performance device that prevents occurrence of variations in memory cell characteristics due to a decrease in the threshold value of each memory cell during reading due to the back bias effect from the substrate.
[0147]
Further, the vertical direction, which is a direction for determining the device performance, can be further miniaturized without depending on the minimum processing dimension.
Furthermore, the capacity can be increased. For example, when the diameter of a semiconductor substrate cylinder including a memory transistor is formed with a minimum processing dimension, and the shortest distance of the space width between each semiconductor substrate column is configured with the minimum processing dimension, the number of memory transistor stages per semiconductor substrate cylinder is If there are two stages, a capacity twice that of the conventional one can be obtained. That is, the capacity can be increased by a factor of the number of memory transistor stages per cylinder of the semiconductor substrate. In general, the larger the number of stages, the greater the capacity. As a result, the cell area per bit is reduced, and the chip can be reduced in size and cost. In addition, the vertical direction, which is the direction for determining the device performance, does not depend on the minimum processing dimension, and the device performance can be maintained.
[0148]
Further, since each memory cell is arranged so as to surround the island-shaped semiconductor layer, a device in which an improvement in driving current and an increase in S value can be manufactured.
In addition, after processing a semiconductor substrate into a columnar shape using a circular pattern, sacrificial oxidation of the side surface of the semiconductor substrate can be used as a good active region surface by removing damage, defects and irregularities on the substrate surface. it can. At this time, it is possible to control the diameter of the column by controlling the oxide film thickness, and the capacitance between the floating gate and the control gate is determined by the surface area of the tunnel oxide film and the surface area of the interlayer capacitance film of the floating gate and the control gate. Can be easily increased.
Furthermore, by using a circular pattern, the occurrence of local electric field concentration on the active region surface can be avoided, and electrical control can be easily performed. Furthermore, the drive current and the S value can be increased by disposing the gate electrode of the transistor so as to surround the columnar semiconductor substrate. By forming an impurity diffusion layer so that the active region of each memory cell is in a floating state with respect to the substrate, the back bias effect from the substrate is eliminated, and the memory cell characteristics are reduced due to a decrease in the threshold value of each memory cell during reading. Variation does not occur.
[0149]
In addition, after the tunnel oxide film and the floating gate are deposited, a plurality of sidewalls of the insulating film are formed in the vertical direction on the side wall of the floating gate, so that the floating gate can be processed at once. That is, the same tunnel oxide film can be obtained for each memory cell. By using these methods, variation in memory cell characteristics is suppressed, variation in device performance is suppressed, control is facilitated, and cost reduction is realized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view showing a memory cell array of an EEPROM having a floating gate as a charge storage layer in a semiconductor memory device of the present invention.
FIG. 2 is a plan view showing another memory cell array of an EEPROM having a floating gate as a charge storage layer.
FIG. 3 is a plan view showing still another memory cell array of an EEPROM having a floating gate as a charge storage layer.
FIG. 4 is a plan view showing still another memory cell array of an EEPROM having a floating gate as a charge storage layer.
FIG. 5 is a plan view showing still another memory cell array of an EEPROM having a floating gate as a charge storage layer.
FIG. 6 is a plan view showing still another memory cell array of an EEPROM having a floating gate as a charge storage layer.
FIG. 7 is a plan view showing still another memory cell array of an EEPROM having a floating gate as a charge storage layer.
FIG. 8 is a plan view showing still another memory cell array of an EEPROM having a floating gate as a charge storage layer.
FIG. 9 is a plan view showing still another memory cell array of an EEPROM having a floating gate as a charge storage layer.
FIG. 10 is a plan view showing a memory cell array having a MONOS structure having a stacked insulating film as a charge storage layer.
FIG. 11 is a plan view showing a memory cell array having a DRAM structure having a MIS capacitor as a charge storage layer.
FIG. 12 is a plan view showing a memory cell array having a MONOS structure having a stacked insulating film as a charge storage layer.
13 is a cross-sectional view corresponding to the A-A ′ cross-sectional view of FIG. 1 of a semiconductor memory device having a floating gate as a charge storage layer in the semiconductor memory device of the present invention.
14 is a cross-sectional view corresponding to the B-B ′ cross-sectional view of FIG. 1 of a semiconductor memory device having a floating gate as a charge storage layer.
15 is a cross-sectional view corresponding to the A-A ′ cross-sectional view of FIG. 1 of another semiconductor memory device having a floating gate as a charge storage layer.
16 is a cross-sectional view corresponding to the B-B ′ cross-sectional view of FIG. 1 of another semiconductor memory device having a floating gate as a charge storage layer.
17 is a cross-sectional view corresponding to the A-A ′ cross-sectional view of FIG. 1 of still another semiconductor memory device having a floating gate as a charge storage layer. FIG.
18 is a cross-sectional view corresponding to the B-B ′ cross-sectional view of FIG. 1 of still another semiconductor memory device having a floating gate as a charge storage layer. FIG.
19 is a cross-sectional view corresponding to the A-A ′ cross-sectional view of FIG. 1 of still another semiconductor memory device having a floating gate as a charge storage layer.
20 is a cross-sectional view corresponding to the B-B ′ cross-sectional view of FIG. 1 of still another semiconductor memory device having a floating gate as a charge storage layer. FIG.
FIG. 21 is a cross-sectional view corresponding to the A-A ′ cross-sectional view of FIG. 1 of still another semiconductor memory device having a floating gate as a charge storage layer.
22 is a cross-sectional view corresponding to the B-B ′ cross-sectional view of FIG. 1 of still another semiconductor memory device having a floating gate as a charge storage layer. FIG.
23 is a cross-sectional view corresponding to the A-A ′ cross-sectional view of FIG. 1 of still another semiconductor memory device having a floating gate as a charge storage layer. FIG.
24 is a cross-sectional view corresponding to the B-B ′ cross-sectional view of FIG. 1 of still another semiconductor memory device having a floating gate as a charge storage layer. FIG.
25 is a cross-sectional view corresponding to the A-A ′ cross-sectional view of FIG. 1 of still another semiconductor memory device having a floating gate as a charge storage layer. FIG.
FIG. 26 is a cross-sectional view corresponding to the B-B ′ cross-sectional view of FIG. 1 of still another semiconductor memory device having a floating gate as a charge storage layer.
FIG. 27 is a cross-sectional view corresponding to the A-A ′ cross-sectional view of FIG. 1 of still another semiconductor memory device having a floating gate as a charge storage layer.
28 is a cross-sectional view corresponding to the B-B ′ cross-sectional view of FIG. 1 of still another semiconductor memory device having a floating gate as a charge storage layer.
29 is a cross-sectional view corresponding to the A-A ′ cross-sectional view of FIG. 1 of still another semiconductor memory device having a floating gate as a charge storage layer. FIG.
30 is a cross-sectional view corresponding to the B-B ′ cross-sectional view of FIG. 1 of still another semiconductor memory device having a floating gate as a charge storage layer. FIG.
31 is a cross-sectional view corresponding to the A-A ′ cross-sectional view of FIG. 1 of still another semiconductor memory device having a floating gate as a charge storage layer. FIG.
32 is a cross-sectional view corresponding to the B-B ′ cross-sectional view of FIG. 1 of still another semiconductor memory device having a floating gate as a charge storage layer. FIG.
33 is a cross-sectional view corresponding to the A-A ′ cross-sectional view of FIG. 1 of still another semiconductor memory device having a floating gate as a charge storage layer. FIG.
34 is a cross-sectional view corresponding to the B-B ′ cross-sectional view of FIG. 1 of still another semiconductor memory device having a floating gate as a charge storage layer. FIG.
35 is a cross-sectional view corresponding to the A-A ′ cross-sectional view of FIG. 1 of still another semiconductor memory device having a floating gate as a charge storage layer. FIG.
36 is a cross-sectional view corresponding to the B-B ′ cross-sectional view of FIG. 1 of still another semiconductor memory device having a floating gate as a charge storage layer. FIG.
37 is a cross-sectional view corresponding to the A-A ′ cross-sectional view of FIG. 10 of a semiconductor memory device having a stacked insulating film as a charge storage layer.
38 is a cross-sectional view corresponding to the B-B ′ cross-sectional view in FIG. 10 of the semiconductor memory device having a stacked insulating film as a charge storage layer.
39 is a cross-sectional view corresponding to the A-A ′ cross-sectional view of FIG. 10 of another semiconductor memory device having a stacked insulating film as a charge storage layer.
40 is a cross-sectional view corresponding to the B-B ′ cross-sectional view in FIG. 10 of another semiconductor memory device having a stacked insulating film as a charge storage layer.
41 is a cross-sectional view corresponding to the A-A ′ cross-sectional view in FIG. 10 of still another semiconductor memory device having a stacked insulating film as a charge storage layer.
42 is a cross-sectional view corresponding to the B-B ′ cross-sectional view of FIG. 10 of still another semiconductor memory device having a stacked insulating film as a charge storage layer.
43 is a cross-sectional view corresponding to the A-A ′ cross-sectional view in FIG. 10 of still another semiconductor memory device having a stacked insulating film as a charge storage layer.
44 is a cross-sectional view corresponding to the B-B ′ cross-sectional view of FIG. 10 of still another semiconductor memory device having a stacked insulating film as a charge storage layer.
45 is a cross-sectional view corresponding to the A-A ′ cross-sectional view of FIG. 10 of still another semiconductor memory device having a stacked insulating film as a charge storage layer. FIG.
46 is a cross-sectional view corresponding to the B-B ′ cross-sectional view of FIG. 10 of still another semiconductor memory device having a stacked insulating film as a charge storage layer.
47 is a cross-sectional view corresponding to the A-A ′ cross-sectional view of FIG. 10 of still another semiconductor memory device having a stacked insulating film as a charge storage layer. FIG.
48 is a cross-sectional view corresponding to the B-B ′ cross-sectional view of FIG. 10 of still another semiconductor memory device having a stacked insulating film as a charge storage layer. FIG.
49 is a cross-sectional view corresponding to the A-A ′ cross-sectional view of FIG. 11 of the semiconductor memory device having the MIS capacitor as a charge storage layer.
50 is a cross-sectional view corresponding to the B-B ′ cross-sectional view of FIG. 11 of a semiconductor memory device having a MIS capacitor as a charge storage layer.
51 is a cross-sectional view corresponding to the A-A ′ cross-sectional view of FIG. 11 of another semiconductor memory device having a MIS capacitor as a charge storage layer.
52 is a cross-sectional view corresponding to the B-B ′ cross-sectional view of FIG. 11 of another semiconductor memory device having a MIS capacitor as a charge storage layer.
53 is a cross-sectional view corresponding to the A-A ′ cross-sectional view of FIG. 11 of still another semiconductor memory device having a MIS capacitor as a charge storage layer. FIG.
54 is a cross-sectional view corresponding to the B-B ′ cross-sectional view of FIG. 11 of still another semiconductor memory device having a MIS capacitor as a charge storage layer. FIG.
55 is a cross-sectional view corresponding to the J1-J1 ′ cross-sectional view of FIG. 12 of a semiconductor memory device having a MIS transistor as a charge storage layer.
56 is a cross-sectional view corresponding to the J2-J2 ′ cross-sectional view of FIG. 12 of a semiconductor memory device having a MIS transistor as a charge storage layer.
57 is a cross-sectional view corresponding to the cross-sectional view taken along the line K1-K1 ′ of FIG. 12 of another semiconductor memory device having a MIS transistor as a charge storage layer.
58 is a cross-sectional view corresponding to the K2-K2 ′ cross-sectional view in FIG. 12 of another semiconductor memory device having a MIS transistor as a charge storage layer.
FIG. 59 is an equivalent circuit diagram of the semiconductor memory device of the present invention.
FIG. 60 is another equivalent circuit diagram of the semiconductor memory device of the present invention.
FIG. 61 is yet another equivalent circuit diagram of the semiconductor memory device of the present invention.
FIG. 62 is still another equivalent circuit diagram of the semiconductor memory device having the memory cell array having the MONOS structure according to the present invention.
FIG. 63 is still another equivalent circuit diagram of the semiconductor memory device having the memory cell array having the MONOS structure according to the present invention.
FIG. 64 is yet another equivalent circuit diagram of a semiconductor memory device having a memory cell array with a DRAM structure of the present invention.
FIG. 65 is still another equivalent circuit diagram of the semiconductor memory device having the memory cell array of the DRAM structure of the present invention.
FIG. 66 is still another equivalent circuit diagram of the semiconductor memory device having the memory cell array of the DRAM structure of the present invention.
FIG. 67 is still another equivalent circuit diagram of the semiconductor memory device having the memory cell array of the DRAM structure of the present invention.
FIG. 68 is yet another equivalent circuit diagram of the semiconductor memory device of the present invention.
FIG. 69 is yet another equivalent circuit diagram of the semiconductor memory device of the present invention.
FIG. 70 is still another equivalent circuit diagram of a semiconductor memory device having a memory cell array of SRAM structure of the present invention.
FIG. 71 is still another equivalent circuit diagram of the semiconductor memory device having the memory cell array of the SRAM structure of the present invention.
FIG. 72 is a cross-sectional view (A-A ′ line in FIG. 1) showing a manufacturing example 1 of the semiconductor memory device of the present invention;
FIG. 73 is a cross-sectional (line A-A ′ line in FIG. 1) process diagram showing Manufacturing Example 1 of the semiconductor memory device of the present invention;
74 is a cross-sectional process view (A-A ′ line in FIG. 1) showing a manufacture example 1 of the semiconductor memory device of the present invention;
FIG. 75 is a cross-sectional (line A-A ′ line in FIG. 1) process diagram showing Manufacturing Example 1 of the semiconductor memory device of the present invention;
FIG. 76 is a cross-sectional process diagram (A-A ′ line in FIG. 1) showing a manufacturing example 1 of the semiconductor memory device of the present invention;
77 is a cross-sectional process diagram (A-A ′ line in FIG. 1) showing a manufacturing example 1 of the semiconductor memory device of the present invention; FIG.
FIG. 78 is a cross-sectional (line A-A ′ line in FIG. 1) process diagram showing Manufacturing Example 1 of the semiconductor memory device of the present invention;
79 is a cross-sectional (line A-A ′ line in FIG. 1) process diagram showing Manufacturing Example 1 of the semiconductor memory device of the present invention; FIG.
FIG. 80 is a cross-sectional (line A-A ′ line in FIG. 1) process diagram showing Manufacturing Example 1 of the semiconductor memory device of the present invention;
FIG. 81 is a cross-sectional (line A-A ′ line in FIG. 1) process diagram showing Manufacturing Example 1 of the semiconductor memory device of the present invention;
FIG. 82 is a cross-sectional (line A-A ′ line in FIG. 1) process diagram showing Manufacturing Example 1 of the semiconductor memory device of the present invention;
FIG. 83 is a cross-sectional (line A-A ′ line in FIG. 1) process diagram showing Manufacturing Example 1 of the semiconductor memory device of the present invention;
FIG. 84 is a cross-sectional (line A-A ′ line in FIG. 1) process diagram showing Manufacturing Example 1 of the semiconductor memory device of the present invention;
85 is a cross-sectional (line A-A ′ line in FIG. 1) process diagram showing Manufacturing Example 1 of the semiconductor memory device of the present invention; FIG.
86 is a cross-sectional (line A-A ′ line in FIG. 1) process diagram showing Manufacturing Example 1 of the semiconductor memory device of the present invention; FIG.
FIG. 87 is a cross-sectional (line A-A ′ line in FIG. 1) process diagram showing Manufacturing Example 1 of the semiconductor memory device of the present invention;
88 is a cross-sectional process (line A-A ′ in FIG. 1) showing a manufacture example 1 of the semiconductor memory device of the present invention; FIG.
FIG. 89 is a cross-sectional (line A-A ′ line in FIG. 1) process diagram showing Manufacturing Example 1 of the semiconductor memory device of the present invention;
FIG. 90 is a cross-sectional (line A-A ′ line in FIG. 1) process diagram showing Manufacturing Example 1 of the semiconductor memory device of the present invention;
FIG. 91 is a cross-sectional (line A-A ′ line in FIG. 1) process diagram showing Manufacturing Example 1 of the semiconductor memory device of the present invention;
FIG. 92 is a cross-sectional process view (A-A ′ line in FIG. 1) showing a manufacture example 1 of the semiconductor memory device of the present invention;
FIG. 93 is a cross-sectional (line A-A ′ line in FIG. 1) process diagram showing Manufacturing Example 1 of the semiconductor memory device of the present invention;
FIG. 94 is a cross-sectional (line A-A ′ line in FIG. 1) process diagram showing Manufacturing Example 1 of the semiconductor memory device of the present invention;
FIG. 95 is a cross-sectional (line A-A ′ line in FIG. 1) process diagram showing Manufacturing Example 1 of the semiconductor memory device of the present invention;
96 is a cross-sectional (line A-A ′ line in FIG. 1) process diagram showing Manufacturing Example 1 of the semiconductor memory device of the present invention; FIG.
FIG. 97 is a cross-sectional process view (B-B ′ line in FIG. 1) showing a manufacture example 1 of the semiconductor memory device of the present invention;
FIG. 98 is a sectional view (B-B ′ line in FIG. 1) showing a manufacturing example 1 of the semiconductor memory device of the present invention.
99 is a cross-sectional process (B-B ′ line in FIG. 1) process diagram showing Manufacturing Example 1 of the semiconductor memory device of the present invention; FIG.
FIG. 100 is a sectional view (B-B ′ line in FIG. 1) showing a manufacturing example 1 of the semiconductor memory device of the present invention.
FIG. 101 is a cross-sectional process view (B-B ′ line in FIG. 1) showing a manufacturing example 1 of the semiconductor memory device of the present invention;
102 is a cross-sectional process (B-B ′ line in FIG. 1) process diagram showing a manufacturing example 1 of the semiconductor memory device of the present invention; FIG.
FIG. 103 is a sectional view (B-B ′ line in FIG. 1) showing a manufacturing example 1 of the semiconductor memory device of the present invention.
104 is a cross-sectional process view (B-B ′ line in FIG. 1) showing a manufacturing example 1 of the semiconductor memory device of the present invention; FIG.
105 is a cross-sectional process view (B-B ′ line in FIG. 1) showing a manufacturing example 1 of the semiconductor memory device of the present invention. FIG.
FIG. 106 is a sectional view (B-B ′ line in FIG. 1) showing a manufacturing example 1 of the semiconductor memory device of the present invention.
FIG. 107 is a cross-sectional process view (B-B ′ line in FIG. 1) showing a manufacturing example 1 of the semiconductor memory device of the present invention;
FIG. 108 is a cross-sectional process view (B-B ′ line in FIG. 1) showing a manufacturing example 1 of the semiconductor memory device of the present invention.
109 is a cross-sectional process view (B-B ′ line in FIG. 1) showing a manufacture example 1 of the semiconductor memory device of the present invention; FIG.
110 is a cross-sectional process view (B-B ′ line in FIG. 1) showing a manufacture example 1 of the semiconductor memory device of the present invention; FIG.
FIG. 111 is a cross-sectional process view (B-B ′ line in FIG. 1) showing a manufacturing example 1 of the semiconductor memory device of the present invention.
112 is a cross-sectional process view (B-B ′ line in FIG. 1) showing a manufacture example 1 of the semiconductor memory device of the present invention; FIG.
FIG. 113 is a sectional view (B-B ′ line in FIG. 1) showing a manufacturing example 1 of the semiconductor memory device of the present invention.
114 is a cross-sectional process view (B-B ′ line in FIG. 1) showing a manufacture example 1 of the semiconductor memory device of the present invention. FIG.
FIG. 115 is a cross-sectional process view (B-B ′ line in FIG. 1) showing a manufacturing example 1 of the semiconductor memory device of the present invention;
116 is a cross-sectional process (B-B ′ line in FIG. 1) process diagram showing a manufacturing example 1 of the semiconductor memory device of the present invention; FIG.
FIG. 117 is a cross-sectional process view (B-B ′ line in FIG. 1) showing a manufacturing example 1 of the semiconductor memory device of the present invention;
118 is a cross-sectional process view (B-B ′ line in FIG. 1) showing a manufacture example 1 of the semiconductor memory device of the present invention; FIG.
FIG. 119 is a cross-sectional process view (B-B ′ line in FIG. 1) showing a manufacturing example 1 of the semiconductor memory device of the present invention;
120 is a cross-sectional process view (B-B ′ line in FIG. 1) showing a manufacturing example 1 of the semiconductor memory device of the present invention. FIG.
FIG. 121 is a sectional view (B-B ′ line in FIG. 1) showing a manufacturing example 1 of the semiconductor memory device of the present invention;
122 is a sectional view (A-A ′ line in FIG. 10) showing a manufacturing example 2 of the semiconductor memory device of the present invention;
FIG. 123 is a sectional view (A-A ′ line in FIG. 10) showing a manufacturing example 2 of the semiconductor memory device of the present invention;
124 is a cross-sectional process view (A-A ′ line in FIG. 10) showing a manufacturing example 2 of the semiconductor memory device of the present invention;
FIG. 125 is a cross-sectional (line A-A ′ line in FIG. 10) process diagram showing Manufacturing Example 2 of the semiconductor memory device of the present invention;
FIG. 126 is a cross-sectional (line A-A ′ line in FIG. 10) process diagram showing Manufacturing Example 2 of the semiconductor memory device of the present invention;
FIG. 127 is a sectional view (A-A ′ line in FIG. 10) showing a manufacturing example 2 of the semiconductor memory device of the present invention;
128 is a cross-sectional view (taken along the line A-A ′ of FIG. 10) showing a manufacturing example 2 of the semiconductor memory device of the present invention;
129 is a cross-sectional view (taken along the line A-A ′ in FIG. 10) showing a manufacturing example 2 of the semiconductor memory device of the present invention; FIG.
130 is a cross-sectional view (taken along the line A-A ′ in FIG. 10) showing a manufacturing example 2 of the semiconductor memory device of the present invention;
FIG. 131 is a cross-sectional (line A-A ′ line in FIG. 10) process diagram showing a manufacturing example 2 of the semiconductor memory device of the present invention;
132 is a cross-sectional process view (A-A ′ line in FIG. 10) showing a manufacturing example 2 of the semiconductor memory device of the present invention;
133 is a cross-sectional process view (A-A ′ line in FIG. 10) showing a manufacture example 2 of the semiconductor memory device of the present invention;
FIG. 134 is a sectional view (A-A ′ line in FIG. 10) showing a manufacturing example 2 of the semiconductor memory device of the present invention.
FIG. 135 is a cross-sectional (line A-A ′ line in FIG. 10) process diagram showing Manufacturing Example 2 of the semiconductor memory device of the present invention;
136 is a cross-sectional process view (A-A ′ line in FIG. 10) showing a manufacturing example 2 of the semiconductor memory device of the present invention;
137 is a cross-sectional process diagram (A-A ′ line in FIG. 10) showing a manufacturing example 2 of the semiconductor memory device of the present invention;
138 is a cross-sectional process diagram (A-A ′ line in FIG. 10) showing a manufacturing example 2 of the semiconductor memory device of the present invention;
FIG. 139 is a cross-sectional (line A-A ′ line in FIG. 10) process diagram illustrating Manufacturing Example 2 of the semiconductor memory device of the present invention;
140 is a cross-sectional process view (B-B ′ line in FIG. 10) showing the manufacture example 2 of the semiconductor memory device of the present invention; FIG.
FIG. 141 is a sectional view (B-B ′ line in FIG. 10) showing a manufacturing example 2 of the semiconductor memory device of the present invention;
FIG. 142 is a sectional view (B-B ′ line in FIG. 10) showing a manufacturing example 2 of the semiconductor memory device of the present invention;
143 is a cross-sectional process view (B-B ′ line in FIG. 10) showing the manufacture example 2 of the semiconductor memory device of the present invention;
144 is a cross-sectional process view (B-B ′ line in FIG. 10) showing the manufacture example 2 of the semiconductor memory device of the present invention;
145 is a cross-sectional process view (B-B ′ line in FIG. 10) showing a manufacturing example 2 of the semiconductor memory device of the present invention;
146 is a cross-sectional process view (B-B ′ line in FIG. 10) showing a manufacturing example 2 of the semiconductor memory device of the present invention;
147 is a cross-sectional process view (B-B ′ line in FIG. 10) showing the manufacture example 2 of the semiconductor memory device of the present invention;
148 is a cross-sectional process view (B-B ′ line in FIG. 10) showing a manufacturing example 2 of the semiconductor memory device of the present invention;
149 is a cross-sectional process view (B-B ′ line in FIG. 10) showing the manufacture example 2 of the semiconductor memory device of the present invention;
150 is a cross-sectional process view (B-B ′ line in FIG. 10) showing a manufacturing example 2 of the semiconductor memory device of the present invention;
151 is a cross-sectional process view (B-B ′ line in FIG. 10) showing the manufacture example 2 of the semiconductor memory device of the present invention;
FIG. 152 is a cross-sectional process view (B-B ′ line in FIG. 10) showing the manufacture example 2 of the semiconductor memory device of the present invention;
FIG. 153 is a cross-sectional process (B-B ′ line in FIG. 10) process diagram showing a manufacturing example 2 of the semiconductor memory device of the present invention;
FIG. 154 is a cross-sectional process view (B-B ′ line in FIG. 10) showing the manufacture example 2 of the semiconductor memory device of the present invention;
155 is a cross-sectional process view (B-B ′ line in FIG. 10) showing the manufacture example 2 of the semiconductor memory device of the present invention;
FIG. 156 is a cross-sectional process view (B-B ′ line in FIG. 10) showing the manufacture example 2 of the semiconductor memory device of the present invention;
157 is a cross-sectional process view (B-B ′ line in FIG. 10) showing a manufacturing example 2 of the semiconductor memory device of the present invention;
FIG. 158 is a cross-sectional (line A-A ′ line in FIG. 11) process diagram showing Manufacturing Example 3 of the semiconductor memory device of the present invention;
FIG. 159 is a cross-sectional (line A-A ′ line in FIG. 11) process diagram showing Manufacturing Example 3 of the semiconductor memory device of the present invention;
FIG. 160 is a cross-sectional process view (A-A ′ line in FIG. 11) showing a manufacture example 3 of the semiconductor memory device of the present invention;
161 is a sectional view (A-A ′ line in FIG. 11) showing a manufacturing example 3 of the semiconductor memory device of the present invention;
FIG. 162 is a sectional view (A-A ′ line in FIG. 11) showing a manufacturing example 3 of the semiconductor memory device of the present invention;
FIG. 163 is a cross-sectional (line A-A ′ line in FIG. 11) process diagram showing Manufacturing Example 3 of the semiconductor memory device of the present invention;
FIG. 164 is a cross-sectional process diagram (A-A ′ line in FIG. 11) showing a manufacturing example 3 of the semiconductor memory device of the present invention;
FIG. 165 is a cross-sectional process diagram (A-A ′ line in FIG. 11) showing a manufacture example 3 of the semiconductor memory device of the present invention;
FIG. 166 is a cross-sectional (line A-A ′ line in FIG. 11) process diagram showing Manufacturing Example 3 of the semiconductor memory device of the present invention;
167 is a cross-sectional process diagram (A-A ′ line in FIG. 11) showing a manufacture example 3 of the semiconductor memory device of the present invention; FIG.
168 is a cross-sectional view (taken along the line A-A ′ in FIG. 11) showing a manufacture example 3 of the semiconductor memory device of the present invention. FIG.
169 is a cross-sectional process (line A-A ′ in FIG. 11) showing a manufacture example 3 of the semiconductor memory device of the present invention; FIG.
FIG. 170 is a cross-sectional process view (A-A ′ line in FIG. 11) showing the manufacture example 3 of the semiconductor memory device of the present invention;
171 is a cross-sectional (line A-A ′ line in FIG. 11) process diagram showing Manufacturing Example 3 of the semiconductor memory device of the present invention; FIG.
172 is a cross-sectional process view (B-B ′ line in FIG. 11) showing the manufacture example 3 of the semiconductor memory device of the present invention; FIG.
FIG. 173 is a cross-sectional process (B-B ′ line in FIG. 11) process diagram illustrating a manufacturing example 3 of the semiconductor memory device of the present invention;
174 is a cross-sectional process view (B-B ′ line in FIG. 11) showing the manufacture example 3 of the semiconductor memory device of the present invention; FIG.
175 is a cross-sectional process view (B-B ′ line in FIG. 11) showing the manufacture example 3 of the semiconductor memory device of the present invention;
176 is a cross-sectional process view (B-B ′ line in FIG. 11) showing the manufacture example 3 of the semiconductor memory device of the present invention;
FIG. 177 is a cross-sectional process view (B-B ′ line in FIG. 11) showing the manufacture example 3 of the semiconductor memory device of the present invention;
FIG. 178 is a cross-sectional process (B-B ′ line in FIG. 11) process diagram showing Manufacturing Example 3 of the semiconductor memory device of the present invention;
FIG. 179 is a cross-sectional process (B-B ′ line in FIG. 11) process diagram showing Manufacturing Example 3 of the semiconductor memory device of the present invention;
FIG. 180 is a sectional view (B-B ′ line in FIG. 11) showing a manufacturing example 3 of the semiconductor memory device of the present invention;
FIG. 181 is a cross-sectional (B-B ′ line in FIG. 11) process diagram showing Manufacturing Example 3 of the semiconductor memory device of the present invention;
FIG. 182 is a cross-sectional process (B-B ′ line in FIG. 11) process diagram showing Manufacturing Example 3 of the semiconductor memory device of the present invention;
FIG. 183 is a cross-sectional process (B-B ′ line in FIG. 11) process diagram showing Manufacturing Example 3 of the semiconductor memory device of the present invention;
184 is a cross-sectional process view (B-B ′ line in FIG. 11) showing the manufacture example 3 of the semiconductor memory device of the present invention;
FIG. 185 is a cross-sectional (line B-B ′ line in FIG. 11) process diagram showing Manufacturing Example 3 of the semiconductor memory device of the present invention;
186 is a cross-sectional (line A-A ′ line in FIG. 1) process diagram showing Manufacturing Example 4 of the semiconductor memory device of the present invention; FIG.
187 is a cross-sectional process diagram (A-A ′ line in FIG. 1) showing a manufacturing example 4 of the semiconductor memory device of the present invention. FIG.
188 is a cross-sectional (line A-A ′ line in FIG. 1) process diagram showing Manufacturing Example 4 of the semiconductor memory device of the present invention; FIG.
189 is a cross-sectional (line A-A ′ line in FIG. 1) process diagram showing Manufacturing Example 4 of the semiconductor memory device of the present invention; FIG.
FIG. 190 is a cross-sectional process diagram (A-A ′ line in FIG. 1) showing a manufacturing example 4 of the semiconductor memory device of the present invention;
FIG. 191 is a cross-sectional process diagram (A-A ′ line in FIG. 1) showing a manufacturing example 4 of the semiconductor memory device of the present invention;
192 is a cross-sectional process diagram (A-A ′ line in FIG. 1) showing a manufacturing example 4 of the semiconductor memory device of the present invention; FIG.
193 is a cross-sectional view (A-A ′ line in FIG. 1) showing a manufacturing example 4 of the semiconductor memory device of the present invention;
FIG. 194 is a cross-sectional (line A-A ′ line in FIG. 1) process diagram showing Manufacturing Example 4 of the semiconductor memory device of the present invention;
195 is a cross-sectional process diagram (A-A ′ line in FIG. 1) showing a manufacturing example 4 of the semiconductor memory device of the present invention; FIG.
196 is a cross-sectional process view (B-B ′ line in FIG. 1) showing a manufacturing example 4 of the semiconductor memory device of the present invention.
197 is a cross-sectional process diagram (B-B ′ line in FIG. 1) showing a manufacturing example 4 of the semiconductor memory device of the present invention. FIG.
FIG. 198 is a cross-sectional process (B-B ′ line in FIG. 1) process diagram showing Manufacturing Example 4 of the semiconductor memory device of the present invention;
199 is a cross-sectional process diagram (B-B ′ line in FIG. 1) showing a manufacturing example 4 of the semiconductor memory device of the present invention; FIG.
FIG. 200 is a sectional view (B-B ′ line in FIG. 1) showing a manufacturing example 4 of the semiconductor memory device of the present invention.
FIG. 201 is a sectional view (B-B ′ line in FIG. 1) showing a manufacturing example 4 of the semiconductor memory device of the present invention;
202 is a cross-sectional (B-B ′ line in FIG. 1) process diagram showing Manufacturing Example 4 of the semiconductor memory device of the present invention; FIG.
FIG. 203 is a sectional view (B-B ′ line in FIG. 1) showing a manufacturing example 4 of the semiconductor memory device of the present invention;
204 is a cross-sectional process (B-B ′ line in FIG. 1) process diagram showing a manufacturing example 4 of the semiconductor memory device of the present invention; FIG.
205 is a cross-sectional process view (B-B ′ line in FIG. 1) showing a manufacturing example 4 of the semiconductor memory device of the present invention; FIG.
FIG. 206 is a sectional view (A-A ′ line in FIG. 1) showing a manufacturing example 5 of the semiconductor memory device of the present invention;
207 is a cross-sectional process diagram (B-B ′ line in FIG. 1) showing a manufacturing example 5 of the semiconductor memory device of the present invention; FIG.
FIG. 208 is a sectional view (A-A ′ line in FIG. 5) showing a manufacturing example 6 of the semiconductor memory device of the present invention;
FIG. 209 is a cross-sectional process diagram (A-A ′ line in FIG. 5) showing a manufacture example 6 of the semiconductor memory device of the present invention.
FIG. 210 is a sectional view (A-A ′ line in FIG. 5) process diagram showing Manufacturing Example 6 of the semiconductor memory device of the present invention;
FIG. 211 is a cross-sectional process view (A-A ′ line in FIG. 5) showing a manufacture example 6 of the semiconductor memory device of the present invention;
FIG. 212 is a cross-sectional (line A-A ′ line in FIG. 5) process diagram showing Manufacturing Example 6 of the semiconductor memory device of the present invention;
213 is a cross-sectional process diagram (A-A ′ line in FIG. 5) showing a manufacturing example 6 of the semiconductor memory device of the present invention;
214 is a cross-sectional view (A-A ′ line in FIG. 5) showing a manufacturing example 6 of the semiconductor memory device of the present invention;
FIG. 215 is a cross-sectional process diagram (A-A ′ line in FIG. 5) showing a manufacturing example 6 of the semiconductor memory device of the present invention;
FIG. 216 is a cross-sectional (line A-A ′ line in FIG. 5) process diagram showing Manufacturing Example 6 of the semiconductor memory device of the present invention;
217 is a cross-sectional process diagram (A-A ′ line in FIG. 5) showing a manufacturing example 6 of the semiconductor memory device of the present invention;
218 is a cross-sectional (line A-A ′ line in FIG. 5) process diagram showing Manufacturing Example 6 of the semiconductor memory device of the present invention; FIG.
FIG. 219 is a cross-sectional (line A-A ′ line in FIG. 5) process diagram showing Manufacturing Example 6 of the semiconductor memory device of the present invention;
FIG. 220 is a cross-sectional (line A-A ′ line in FIG. 5) process diagram showing Manufacturing Example 6 of the semiconductor memory device of the present invention;
FIG. 221 is a cross-sectional (line A-A ′ line in FIG. 5) process diagram showing Manufacturing Example 6 of the semiconductor memory device of the present invention;
FIG. 222 is a sectional view (A-A ′ line in FIG. 5) process diagram showing Manufacturing Example 6 of the semiconductor memory device of the present invention;
223 is a cross-sectional process diagram (A-A ′ line in FIG. 5) showing a manufacturing example 6 of the semiconductor memory device of the present invention; FIG.
224 is a cross-sectional process diagram (A-A ′ line in FIG. 5) showing a manufacturing example 6 of the semiconductor memory device of the present invention;
225 is a cross-sectional process diagram (A-A ′ line in FIG. 5) showing a manufacturing example 6 of the semiconductor memory device of the present invention;
226 is a cross-sectional process view (A-A ′ line in FIG. 5) showing a manufacturing example 6 of the semiconductor memory device of the present invention;
FIG. 227 is a cross-sectional (line A-A ′ line in FIG. 5) process diagram showing Manufacturing Example 6 of the semiconductor memory device of the present invention;
228 is a cross-sectional process diagram (A-A ′ line in FIG. 5) showing a manufacturing example 6 of the semiconductor memory device of the present invention; FIG.
FIG. 229 is a cross-sectional process (B-B ′ line in FIG. 5) process diagram showing Manufacturing Example 6 of the semiconductor memory device of the present invention;
230 is a cross-sectional process (B-B ′ line in FIG. 5) process diagram showing a manufacturing example 6 of the semiconductor memory device of the present invention; FIG.
FIG. 231 is a sectional view (B-B ′ line in FIG. 5) process diagram showing Manufacturing Example 6 of the semiconductor memory device of the present invention;
232 is a cross-sectional process diagram (B-B ′ line in FIG. 5) showing a manufacturing example 6 of the semiconductor memory device of the present invention; FIG.
233 is a cross-sectional process view (B-B ′ line in FIG. 5) showing a manufacturing example 6 of the semiconductor memory device of the present invention.
234 is a cross-sectional process (B-B ′ line in FIG. 5) process diagram showing Manufacturing Example 6 of the semiconductor memory device of the present invention;
235 is a cross-sectional process view (B-B ′ line in FIG. 5) showing a manufacturing example 6 of the semiconductor memory device of the present invention;
236 is a cross-sectional process (B-B ′ line in FIG. 5) process diagram showing Manufacturing Example 6 of the semiconductor memory device of the present invention; FIG.
237 is a cross-sectional process view (B-B ′ line in FIG. 5) showing a manufacturing example 6 of the semiconductor memory device of the present invention;
238 is a cross-sectional process diagram (B-B ′ line in FIG. 5) showing a manufacturing example 6 of the semiconductor memory device of the present invention; FIG.
FIG. 239 is a cross-sectional process (B-B ′ line in FIG. 5) process diagram showing Manufacturing Example 6 of the semiconductor memory device of the present invention;
240 is a cross-sectional process view (B-B ′ line in FIG. 5) showing a manufacturing example 6 of the semiconductor memory device of the present invention; FIG.
FIG. 241 is a cross-sectional (B-B ′ line in FIG. 5) process diagram showing Manufacturing Example 6 of the semiconductor memory device of the present invention;
FIG. 242 is a cross-sectional (B-B ′ line in FIG. 5) process diagram showing Manufacturing Example 6 of the semiconductor memory device of the present invention;
FIG. 243 is a cross-sectional process diagram (B-B ′ line in FIG. 5) showing a manufacturing example 6 of the semiconductor memory device of the present invention;
FIG. 244 is a cross-sectional process (B-B ′ line in FIG. 5) process diagram showing Manufacturing Example 6 of the semiconductor memory device of the present invention;
245 is a cross-sectional process view (B-B ′ line in FIG. 5) showing a manufacture example 6 of the semiconductor memory device of the present invention;
246 is a cross-sectional process diagram (B-B ′ line in FIG. 5) showing a manufacturing example 6 of the semiconductor memory device of the present invention; FIG.
247 is a cross-sectional process (B-B ′ line in FIG. 5) process diagram showing Manufacturing Example 6 of the semiconductor memory device of the present invention; FIG.
248 is a cross-sectional view (B-B ′ line in FIG. 5) showing a manufacturing example 6 of the semiconductor memory device of the present invention;
FIG. 249 is a cross-sectional process diagram (B-B ′ line in FIG. 5) showing a manufacturing example 6 of the semiconductor memory device of the present invention;
FIG. 250 is a sectional view (A-A ′ line in FIG. 1) showing a manufacturing example 7 of the semiconductor memory device of the present invention.
FIG. 251 is a cross-sectional (line A-A ′ line in FIG. 1) process diagram showing Manufacturing Example 7 of the semiconductor memory device of the present invention;
FIG. 252 is a cross-sectional (line A-A ′ line in FIG. 1) process diagram showing Manufacturing Example 7 of the semiconductor memory device of the present invention;
FIG. 253 is a cross-sectional process (B-B ′ line in FIG. 1) process diagram showing Manufacturing Example 7 of the semiconductor memory device of the present invention;
FIG. 254 is a cross-sectional process view (B-B ′ line in FIG. 1) showing a manufacturing example 7 of the semiconductor memory device of the present invention;
FIG. 255 is a sectional view (B-B ′ line in FIG. 1) showing a manufacturing example 7 of the semiconductor memory device of the present invention;
256 is a cross-sectional process diagram (A-A ′ line in FIG. 1) showing a manufacturing example 7 of the semiconductor memory device of the present invention; FIG.
FIG. 257 is a cross-sectional (line A-A ′ line in FIG. 1) process diagram showing Manufacturing Example 7 of the semiconductor memory device of the present invention;
FIG. 258 is a cross-sectional (line A-A ′ line in FIG. 1) process diagram showing Manufacturing Example 7 of the semiconductor memory device of the present invention;
FIG. 259 is a cross-sectional process view (B-B ′ line in FIG. 1) showing a manufacturing example 7 of the semiconductor memory device of the present invention;
FIG. 260 is a sectional view (B-B ′ line in FIG. 1) showing a manufacturing example 7 of the semiconductor memory device of the present invention.
FIG. 261 is a cross-sectional (B-B ′ line in FIG. 1) process diagram showing Manufacturing Example 7 of the semiconductor memory device of the present invention;
262 is a cross-sectional (line A-A ′ line in FIG. 1) process diagram showing Manufacturing Example 8 of the semiconductor memory device of the present invention; FIG.
263 is a cross-sectional process view (B-B ′ line in FIG. 1) showing a manufacturing example 8 of the semiconductor memory device of the present invention; FIG.
FIG. 264 is a cross-sectional (line A-A ′ line in FIG. 1) process diagram showing Manufacturing Example 9 of the semiconductor memory device of the present invention;
FIG. 265 is a cross-sectional (line A-A ′ line in FIG. 1) process diagram showing Manufacturing Example 9 of the semiconductor memory device of the present invention;
266 is a cross-sectional view (A-A ′ line in FIG. 1) showing a manufacturing example 9 of the semiconductor memory device of the present invention;
FIG. 267 is a cross-sectional process (B-B ′ line in FIG. 1) process diagram showing Manufacturing Example 9 of the semiconductor memory device of the present invention;
268 is a cross-sectional view (B-B ′ line in FIG. 1) showing a manufacturing example 9 of the semiconductor memory device of the present invention;
FIG. 269 is a cross-sectional (line B-B ′ line in FIG. 1) process diagram showing Manufacturing Example 9 of the semiconductor memory device of the present invention;
270 is a cross-sectional view (taken along the line A-A ′ in FIG. 1) showing a manufacturing example 10 of the semiconductor memory device of the present invention; FIG.
FIG. 271 is a cross-sectional (line A-A ′ line in FIG. 1) process diagram showing Manufacturing Example 10 of the semiconductor memory device of the present invention;
FIG. 272 is a cross-sectional process diagram (B-B ′ line in FIG. 1) showing a manufacturing example 10 of the semiconductor memory device of the present invention;
FIG. 273 is a cross-sectional process diagram (B-B ′ line in FIG. 1) showing a manufacturing example 10 of the semiconductor memory device of the present invention;
FIG. 274 is a cross-sectional (line A-A ′ line in FIG. 1) process diagram showing Manufacturing Example 11 of the semiconductor memory device of the present invention;
275 is a cross-sectional process diagram (A-A ′ line in FIG. 1) showing a manufacturing example 11 of the semiconductor memory device of the present invention;
276 is a cross-sectional process diagram (A-A ′ line in FIG. 1) showing a manufacturing example 11 of the semiconductor memory device of the present invention; FIG.
FIG. 277 is a cross-sectional process diagram (A-A ′ line in FIG. 1) showing a manufacturing example 11 of the semiconductor memory device of the present invention;
FIG. 278 is a cross-sectional (line A-A ′ line in FIG. 1) process diagram showing Manufacturing Example 11 of the semiconductor memory device of the present invention;
279 is a cross-sectional process diagram (A-A ′ line in FIG. 1) showing a manufacturing example 11 of the semiconductor memory device of the present invention; FIG.
280 is a cross-sectional process diagram (B-B ′ line in FIG. 1) showing a manufacturing example 11 of the semiconductor memory device of the present invention; FIG.
FIG. 281 is a cross-sectional (B-B ′ line in FIG. 1) process diagram showing Manufacturing Example 11 of the semiconductor memory device of the present invention;
FIG. 282 is a cross-sectional process (B-B ′ line in FIG. 1) process diagram showing a manufacturing example 11 of the semiconductor memory device of the present invention;
FIG. 283 is a cross-sectional process diagram (B-B ′ line in FIG. 1) showing a manufacturing example 11 of the semiconductor memory device of the present invention;
284 is a cross-sectional process (B-B ′ line in FIG. 1) showing a manufacturing example 11 of the semiconductor memory device of the present invention.
FIG. 285 is a cross-sectional process diagram (B-B ′ line in FIG. 1) showing a manufacturing example 11 of the semiconductor memory device of the present invention;
FIG. 286 is a cross-sectional (line A-A ′ line in FIG. 1) process diagram showing Manufacturing Example 12 of the semiconductor memory device of the present invention;
FIG. 287 is a cross-sectional (line A-A ′ line in FIG. 1) process diagram showing Manufacturing Example 12 of the semiconductor memory device of the present invention;
288 is a cross-sectional (line A-A ′ line in FIG. 1) process diagram showing Manufacturing Example 12 of the semiconductor memory device of the present invention;
289 is a cross-sectional (line A-A ′ line in FIG. 1) process diagram showing Manufacturing Example 12 of the semiconductor memory device of the present invention; FIG.
290 is a cross-sectional process diagram (B-B ′ line in FIG. 1) showing a manufacturing example 12 of the semiconductor memory device of the present invention; FIG.
FIG. 291 is a cross-sectional process (B-B ′ line in FIG. 1) process diagram showing Manufacturing Example 12 of the semiconductor memory device of the present invention;
FIG. 292 is a cross-sectional (line B-B ′ line in FIG. 1) process diagram showing Manufacturing Example 12 of the semiconductor memory device of the present invention;
FIG. 293 is a cross-sectional process (B-B ′ line in FIG. 1) process diagram showing Manufacturing Example 12 of the semiconductor memory device of the present invention;
FIG. 294 is a cross-sectional (line A-A ′ line in FIG. 1) process diagram showing Manufacturing Example 13 of the semiconductor memory device of the present invention;
295 is a cross-sectional (line A-A ′ line in FIG. 1) process diagram showing Manufacturing Example 13 of the semiconductor memory device of the present invention;
296 is a cross-sectional process diagram (B-B ′ line in FIG. 1) showing a manufacturing example 13 of the semiconductor memory device of the present invention; FIG.
FIG. 297 is a cross-sectional process (B-B ′ line in FIG. 1) process diagram showing Manufacturing Example 13 of the semiconductor memory device of the present invention;
298 is a cross-sectional process diagram (A-A ′ line in FIG. 1) showing a manufacturing example 14 of the semiconductor memory device of the present invention;
299 is a cross-sectional process (B-B ′ line in FIG. 1) process diagram showing Manufacturing Example 14 of the semiconductor memory device of the present invention; FIG.
300 is a cross-sectional process view (A-A ′ line in FIG. 1) showing a manufacturing example 15 of the semiconductor memory device of the present invention;
FIG. 301 is a cross-sectional (B-B ′ line in FIG. 1) process diagram showing Manufacturing Example 15 of the semiconductor memory device of the present invention;
FIG. 302 is a cross-sectional process diagram (A-A ′ line in FIG. 1) showing a manufacturing example 16 of the semiconductor memory device of the present invention;
FIG. 303 is a cross-sectional process view (A-A ′ line in FIG. 1) showing a manufacturing example 16 of the semiconductor memory device of the present invention;
304 is a sectional view (B-B ′ line in FIG. 1) process diagram showing Manufacturing Example 16 of the semiconductor memory device of the present invention;
FIG. 305 is a cross-sectional process view (B-B ′ line in FIG. 1) showing a manufacturing example 16 of the semiconductor memory device of the present invention;
FIG. 306 is a cross-sectional (line A-A ′ line in FIG. 1) process diagram showing Manufacturing Example 17 of the semiconductor memory device of the present invention;
307 is a cross-sectional process diagram (A-A ′ line in FIG. 1) showing a manufacturing example 17 of the semiconductor memory device of the present invention; FIG.
FIG. 308 is a cross-sectional (line B-B ′ line in FIG. 1) process diagram showing Manufacturing Example 17 of the semiconductor memory device of the present invention;
FIG. 309 is a cross-sectional process view (B-B ′ line in FIG. 1) showing a manufacturing example 17 of the semiconductor memory device of the present invention.
FIG. 310 is a sectional view (A-A ′ line in FIG. 1) showing a manufacturing example 18 of the semiconductor memory device of the present invention.
FIG. 311 is a sectional view (A-A ′ line in FIG. 1) process diagram showing Manufacturing Example 18 of the semiconductor memory device of the present invention;
FIG. 312 is a sectional view (A-A ′ line in FIG. 1) process diagram showing Manufacturing Example 18 of the semiconductor memory device of the present invention;
313 is a cross-sectional view (A-A ′ line in FIG. 1) process diagram showing Manufacturing Example 18 of the semiconductor memory device of the present invention;
314 is a cross-sectional process view (B-B ′ line in FIG. 1) showing a manufacturing example 18 of the semiconductor memory device of the present invention;
FIG. 315 is a cross-sectional process (B-B ′ line in FIG. 1) process diagram showing Manufacturing Example 18 of the semiconductor memory device of the present invention;
316 is a cross-sectional view (B-B ′ line in FIG. 1) showing a manufacturing example 18 of the semiconductor memory device of the present invention;
317 is a cross-sectional process (B-B ′ line in FIG. 1) process diagram showing Manufacturing Example 18 of the semiconductor memory device of the present invention; FIG.
FIG. 318 is a cross-sectional (line A-A ′ line in FIG. 1) process diagram showing Manufacturing Example 19 of the semiconductor memory device of the present invention;
FIG. 319 is a cross-sectional (line A-A ′ line in FIG. 1) process diagram showing Manufacturing Example 19 of the semiconductor memory device of the present invention;
FIG. 320 is a sectional view (A-A ′ line in FIG. 1) showing a manufacturing example 19 of the semiconductor memory device of the present invention.
FIG. 321 is a cross-sectional (line A-A ′ line in FIG. 1) process diagram showing Manufacturing Example 19 of the semiconductor memory device of the present invention;
FIG. 322 is a cross-sectional (line A-A ′ line in FIG. 1) process diagram showing Manufacturing Example 19 of the semiconductor memory device of the present invention;
FIG. 323 is a cross-sectional (line A-A ′ line in FIG. 1) process diagram showing Manufacturing Example 19 of the semiconductor memory device of the present invention;
FIG. 324 is a cross-sectional process diagram (B-B ′ line in FIG. 1) showing a manufacturing example 19 of the semiconductor memory device of the present invention;
FIG. 325 is a cross-sectional process view (B-B ′ line in FIG. 1) showing a manufacturing example 19 of the semiconductor memory device of the present invention;
326 is a cross-sectional process view (B-B ′ line in FIG. 1) showing a manufacturing example 19 of the semiconductor memory device of the present invention;
327 is a cross-sectional process view (B-B ′ line in FIG. 1) showing a manufacture example 19 of the semiconductor memory device of the present invention; FIG.
328 is a cross-sectional process view (B-B ′ line in FIG. 1) showing a manufacturing example 19 of the semiconductor memory device of the present invention.
329 is a cross-sectional process view (B-B ′ line in FIG. 1) showing a manufacturing example 19 of the semiconductor memory device of the present invention; FIG.
FIG. 330 is a cross-sectional (H-H ′ line in FIGS. 8 and 9) process diagram showing a manufacturing example 20 of the semiconductor memory device of the present invention;
331 is a cross-sectional process diagram (line I1-I1 'in FIGS. 8 and 9) showing a manufacture example 20 of the semiconductor memory device of the present invention; FIG.
FIG. 332 is a cross-sectional process (line I2-I2 ′ in FIGS. 8 and 9) showing a manufacture example 20 of the semiconductor memory device of the present invention;
FIG. 333 is a cross-sectional process diagram (line I3-I3 ′ in FIGS. 8 and 9) showing a manufacture example 20 of the semiconductor memory device of the present invention;
334 is a cross-sectional process diagram (line I4-I4 'in FIGS. 8 and 9) showing a manufacture example 20 of the semiconductor memory device of the present invention; FIG.
335 is a cross-sectional view (line I5-I5 'in FIGS. 8 and 9) showing a manufacturing example 20 of the semiconductor memory device of the present invention. FIG.
336 is another cross-sectional view (H-H ′ line in FIGS. 8 and 9) showing a manufacturing example 20 of the semiconductor memory device of the present invention; FIG.
337 is another cross-sectional view (I1-I1 ′ line in FIGS. 8 and 9) showing a manufacturing example 20 of the semiconductor memory device of the present invention; FIG.
338 is another cross-sectional view (line I2-I2 'in FIGS. 8 and 9) showing a manufacturing example 20 of the semiconductor memory device of the present invention; FIG.
339 is another cross-sectional view (line I3-I3 ′ of FIGS. 8 and 9) showing a manufacturing example 20 of the semiconductor memory device of the present invention; FIG.
340 is another cross-sectional view (line I4-I4 ′ in FIGS. 8 and 9) showing a manufacturing example 20 of the semiconductor memory device of the present invention; FIG.
341 is another cross-sectional view (line I 5 -I 5 ′ in FIGS. 8 and 9) showing a manufacturing example 20 of the semiconductor memory device of the present invention; FIG.
FIG. 342 is a cross-sectional process diagram (A-A ′ line in FIG. 11) showing a manufacturing example 21 of the semiconductor memory device of the present invention;
FIG. 343 is a cross-sectional process (B-B ′ line in FIG. 11) process diagram showing Manufacturing Example 21 of the semiconductor memory device of the present invention;
FIG. 344 is a plan view showing a conventional EEPROM.
345 is a cross-sectional view taken along A-A ′ and B-B ′ of FIG. 269.
FIG. 346 is a process cross-sectional view illustrating the conventional method of manufacturing the EEPROM.
FIG. 347 is a process cross-sectional view illustrating the conventional EEPROM manufacturing method.
FIG. 348 is a cross-sectional process diagram illustrating a conventional method of manufacturing an EEPROM;
FIG. 349 is a cross-sectional process diagram illustrating a conventional method of manufacturing an EEPROM.
FIG. 350 is a plan view of a conventional EEPROM and a corresponding equivalent circuit diagram.
FIG. 351 is a cross-sectional view of a conventional MNOS structure memory cell;
FIG. 352 is a cross-sectional view of another conventional MNOS structure memory cell;
FIG. 353 is a cross-sectional view of a semiconductor device in which a plurality of memory cells are formed in one columnar silicon layer.
[Explanation of symbols]
1100, 3100 Silicon substrate (semiconductor substrate)
1101 SOI semiconductor substrate (semiconductor substrate)
1110, 3110 island-like semiconductor layer
1210, 1220, 1230, 1240 Groove
1400, 1410, 1420, 1440, 1431, 1432, 1433, 1434, 1421, 1422, 1423, 1424, 1425, 1482, 1483, 1450, 1462, 1471, 1472, 1473, 1474, 1475, 1451, 1454, 1490, 1491, 3420, 3431, 3434, 3471 Silicon oxide film
1310, 1320, 1330, 1342, 1350, 1360, 1370, 1381, 1382, 1383, 1384, 1385, 1390 Silicon nitride film
1510, 1511, 1512, 1513, 1514, 1520, 1521, 1522, 1523, 1524, 1530, 3511, 3512, 3513, 3514 Polycrystalline silicon film
1612, 1613 Interlayer insulating film
1622, 1623 Multilayer insulating film
1710, 1721, 1722, 1723, 1724, 1725, 1726, 1727, 3710, 3721, 3724 Impurity diffusion layer
1810, 1821, 1824, 1832, 1833, 1840, 3840, 3850 Wiring layer
1910, 1921, 1932, 1933, 1924 Contact part
R5, R6R8 resist

Claims (7)

半導体基板の前記半導体基板と逆導電型の表面層上に第1の絶縁膜を形成する工程と、
前記第1の絶縁膜をパターニングして、互いに分離された島状絶縁膜を形成する工程と、
前記島状絶縁膜の外面側壁に第1の導電膜からなる電荷蓄積層をサイドウォール状に形成する工程と、
前記電荷蓄積層の外面側壁に層間絶縁膜を介して第2の導電膜からなる制御ゲートをサイドウォール状に形成する工程と、
前記島状絶縁膜をエッチングして除去し、前記半導体基板と逆導電型の表面層及び前記第1の導電膜の内面側壁を露出させる工程と、
露出した前記第1の導電膜の内面側壁にトンネル絶縁膜を形成する工程と、
前記トンネル絶縁膜の内壁側面に接し、少なくとも前記第1の導電膜が前記トンネル絶縁膜を介して対向する領域が前記半導体基板と同じ導電型を有する島状半導体層をエピタキシャル成長により形成する工程とを含むことにより、
前記半導体基板と、チャネル層としての少なくとも1つの前記島状半導体層、前記島状半導体層の側壁の周囲に形成された前記トンネル絶縁膜、前記電荷蓄積層及び前記制御ゲートから構成される少なくとも1つのメモリセルとを有し、前記少なくとも1つのメモリセルが前記半導体基板と逆導電型の表面層により前記半導体基板から電気的に絶縁されてなる半導体記憶装置を製造することを特徴とする半導体記憶装置の製造方法。
Forming a first insulating film on a surface layer of a semiconductor substrate having a conductivity type opposite to that of the semiconductor substrate ;
Patterning the first insulating film to form island-shaped insulating films separated from each other;
Forming a charge storage layer made of a first conductive film in a sidewall shape on the outer side wall of the island-shaped insulating film;
Forming a control gate made of a second conductive film in a sidewall shape on the outer side wall of the charge storage layer via an interlayer insulating film;
Etching and removing the island-like insulating film to expose a surface layer of a reverse conductivity type to the semiconductor substrate and an inner surface side wall of the first conductive film;
Forming a tunnel insulating film on the inner side wall of the exposed first conductive film;
And against the inner wall side surface of the tunnel insulating film, a step of forming by epitaxial growth of the island-shaped semiconductor layer having a region where at least the first conductive film is opposed through the tunnel insulating film is the same conductivity type as said semiconductor substrate By including
Wherein the semiconductor substrate, at least one of the island-shaped semiconductor layer as a channel layer, the tunnel insulating film formed around the sidewall of the island-like semiconductor layer, at least composed of the charge storage layer and the control gate A semiconductor memory device comprising : a plurality of memory cells, wherein the at least one memory cell is electrically insulated from the semiconductor substrate by a surface layer having a conductivity type opposite to that of the semiconductor substrate. Device manufacturing method.
半導体基板の前記半導体基板と逆導電型の表面層上に第1の絶縁膜を形成する工程と、
前記第1の絶縁膜をパターニングして、互いに分離された島状絶縁膜を形成する工程と、
前記島状絶縁膜の外面側壁に第1の導電膜からなる制御ゲートをサイドウォール状に形成する工程と、
前記島状絶縁膜をエッチングして除去し、前記半導体基板と逆導電型の表面層及び前記第1の導電膜の内面側壁を露出させる工程と、
露出した前記第1の導電膜の内面側壁に積層絶縁膜からなる電荷蓄積層を形成する工程と、
前記電荷蓄積層の内壁側面に接し、少なくとも前記第1の導電膜が前記電荷蓄積層を介して対向する領域が前記半導体基板と同じ導電型を有する島状半導体層をエピタキシャル成長により形成する工程とを含むことにより、
前記半導体基板と、チャネル層としての少なくとも1つの前記島状半導体層、前記島状半導体層の側壁の周囲に形成された前記電荷蓄積層及び前記制御ゲートから構成される少なくとも1つのメモリセルとを有し、前記少なくとも1つのメモリセルが前記半導体基板と逆導電型の表面層により前記半導体基板から電気的に絶縁されてなる半導体記憶装置を製造することを特徴とする半導体記憶装置の製造方法。
Forming a first insulating film on a surface layer of a semiconductor substrate having a conductivity type opposite to that of the semiconductor substrate ;
Patterning the first insulating film to form island-shaped insulating films separated from each other;
Forming a control gate made of a first conductive film on the outer side wall of the island-shaped insulating film in a sidewall shape;
Etching and removing the island-like insulating film to expose a surface layer of a reverse conductivity type to the semiconductor substrate and an inner surface side wall of the first conductive film;
Forming a charge storage layer made of a laminated insulating film on the inner sidewall of the exposed first conductive film;
And against the inner wall side surface of the charge storage layer, and forming by epitaxial growth of the island-shaped semiconductor layer having a region where at least the first conductive film are opposed via the charge storage layer is the same conductivity type as said semiconductor substrate By including
Said semiconductor substrate, at least one of the island-shaped semiconductor layer as a channel layer, and at least one memory cell comprised of the charge storage layer and the control gate is formed around the sidewall of the island-shaped semiconductor layer A method of manufacturing a semiconductor memory device, comprising: manufacturing a semiconductor memory device, wherein the at least one memory cell is electrically insulated from the semiconductor substrate by a surface layer having a conductivity type opposite to that of the semiconductor substrate.
半導体基板の前記半導体基板と逆導電型の表面層上に第1の絶縁膜を形成する工程と、
前記第1の絶縁膜をパターニングして、互いに分離された島状絶縁膜を形成する工程と、
前記島状絶縁膜の外面側壁に、ゲート及び制御ゲートを構成するように、1対の第1の導電膜をサイドウォール状に高さ方向に並べて形成する工程と、
前記島状絶縁膜をエッチング除去し、前記半導体基板と逆導電型の表面層及び前記第1の導電膜の内面側壁を露出させる工程と、
露出した前記第1の導電膜の内面側壁にゲート絶縁膜を形成する工程と、
記ゲート絶縁膜の内壁側面に接し、前記ゲートが前記ゲート絶縁膜を介して対向する領域が前記半導体基板と逆導電型を有し、前記制御ゲートが前記ゲート絶縁膜を介して対向する領域が前記半導体基板と同じ導電型で、その領域の上端及び下端に接する領域がそ れぞれ前記半導体基板と逆導電型を有するように、エピタキシャル成長により島状半導体層を形成する工程とを含むことにより、
前記半導体基板と、少なくとも1つの前記島状半導体層に形成されたメモリセルであって、前記島状半導体層の側壁の周囲に形成された前記ゲート、前記ゲート絶縁膜及び電荷蓄積層としての前記島状半導体層から構成されるキャパシタならびに前記島状半導体層の側壁の周囲に形成された前記制御ゲート、前記ゲート絶縁膜及びチャネル層としての前記島状半導体層から構成されるトランジスタを含む少なくとも1つのメモリセルとを有し、前記少なくとも1つのメモリセルが前記半導体基板と逆導電型の表面層により前記半導体基板から電気的に絶縁されてなる半導体記憶装置を製造することを特徴とする半導体記憶装置の製造方法。
Forming a first insulating film on a surface layer of a semiconductor substrate having a conductivity type opposite to that of the semiconductor substrate ;
Patterning the first insulating film to form island-shaped insulating films separated from each other;
A step of forming a pair of first conductive films side by side in the height direction so as to form a gate and a control gate on the outer side wall of the island-shaped insulating film;
Etching away the island-like insulating film, exposing a surface layer of a reverse conductivity type to the semiconductor substrate and an inner surface side wall of the first conductive film;
Forming a gate insulating film on the inner sidewall of the exposed first conductive film;
Before and against the side of the inner wall of Kige over gate insulating film, said gate having a region facing via the gate insulating film of the semiconductor substrate and the opposite conductivity type, said control gate via said gate insulation film in a region facing the same conductivity type as the semiconductor substrate so as to have a region pixels respectively the semiconductor substrate and the opposite conductivity type in contact with the upper and lower ends of the region, to form a Rishima shaped semiconductor layer by the epitaxial growth Including the process,
Said semiconductor substrate, a memory cell formed on at least one of the island-shaped semiconductor layer, the gate has been made form around the sidewall of the island-shaped semiconductor layer, serving as the gate insulating film and the charge storage layer including transistors composed of the island-shaped semiconductor layer as the control gate, the gate insulating film and the channel layer formed around the sidewall of the island-shaped semiconductor formed of layers Ruki Yapashita and the island-shaped semiconductor layer A semiconductor memory device comprising: at least one memory cell; and wherein the at least one memory cell is electrically insulated from the semiconductor substrate by a surface layer having a conductivity type opposite to that of the semiconductor substrate. Manufacturing method of semiconductor memory device.
前記第1の導電膜をサイドウォール状に加工する際、前記島状半導体層に側して前記第1の導電膜直下に形成されるチャネル層が、隣接するチャネル層と互いに電気的に接続される程度に前記第1の導電膜を互いに近接して配置するように、前記第1の導電膜を2以上に分割する請求項1または2に記載の半導体記憶装置の製造方法。When the first conductive film is processed into a sidewall shape, a channel layer formed immediately below the first conductive film facing the island-shaped semiconductor layer is electrically connected to an adjacent channel layer. extent to place in the first conductive film close to each other that, a method of manufacturing a semiconductor memory device according to claim 1 or 2 for dividing the first conductive film 2 or more. 前記第1の導電膜をサイドウォール状に加工する際、前記第1の導電膜を高さ方向に2以上に分割し、隣接する前記分割された第1の導電膜間の領域に、第3の導電膜からなるゲート電極を形成することにより、前記島状半導体層に側して前記第1の導電膜直下に形成されるチャネル層を前記島状半導体層の高さ方向に隣接するチャネル層と電気的に接続させるための電位を前記島状半導体層に対して印加できるようにした請求項1に記載の半導体記憶装置の製造方法。When processing the first conductive film into a sidewall shape, the first conductive film is divided into two or more in the height direction, and a third region is formed in a region between the adjacent divided first conductive films. by forming a gate electrode made of a conductive film, a channel layer adjacent the channel layer is formed immediately below the in side the first conductive film on the island-like semiconductor layers in the height direction of the island-shaped semiconductor layer The method for manufacturing a semiconductor memory device according to claim 1, wherein a potential for electrical connection to the island-like semiconductor layer can be applied to the island-like semiconductor layer . 前記第1の導電膜を高さ方向に少なくとも2つ有し、前記トンネル絶縁膜形成過程において、前記島状半導体層の高さ方向の端部に位置する一方の前記第1の導電膜の側壁に前記メモリセルを選択するためのトランジスタのゲート絶縁膜を、他方の前記第1の導電膜の側壁に前記トンネル絶縁膜を形成する請求項1に記載の半導体記憶装置の製造方法。Side walls of said at least two have a first conductive film in the height direction, the tunnel in the insulating film formation process, one of the first conductive film located on an end portion in the height direction of the island-shaped semiconductor layer 2. The method of manufacturing a semiconductor memory device according to claim 1, wherein a gate insulating film of a transistor for selecting the memory cell is formed, and the tunnel insulating film is formed on a side wall of the other first conductive film. 前記第1の導電膜を高さ方向に少なくとも2つ有し、前記積層絶縁膜形成過程において、前記島状半導体層の高さ方向の端部に位置する一方の前記第1の導電膜の側壁に前記メモリセルを選択するためのトランジスタのゲート絶縁膜を、他方の前記第1の導電膜の側壁に前記積層絶縁膜を形成する請求項2に記載の半導体記憶装置の製造方法。Side walls of said at least two have a first conductive film in the height direction, said in the stacked insulating film formation process, wherein the one located at the end of the height direction of the island-shaped semiconductor layer and the first conductive film 3. The method of manufacturing a semiconductor memory device according to claim 2, wherein a gate insulating film of a transistor for selecting the memory cell is formed, and the stacked insulating film is formed on a side wall of the other first conductive film.
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