JP4031167B2 - Nonvolatile 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、不揮発性半導体記憶装置に係わり、特に、高密度型、高集積型不揮発性半導体記憶装置のセルレイアウトの改良に関する。
【0002】
【従来の技術】
電気的にデータの書き換えが可能な不揮発性半導体記憶装置は、高速ROMやマスストレージ用として広く使用されている。また、不揮発性半導体記憶装置のメモリセルは、一般に、MOSトランジスタから構成されている。メモリセル構造としては、電荷授受層と制御ゲート層を有するスタックゲート構造及び制御ゲート層のみから構成されるシングルゲート構造が一般的に使用される。
【0003】
図33乃至図35は、スタックゲート構造を有するメモリセルの一例を示している。図33は、メモリセルの平面図であり、図34は、図33のXXXIV−XXXIV線に沿う断面図であり、図35は、図33のXXXV−XXXV線に沿う断面図である。
【0004】
本例では、メモリセルは、Nチャネル型MOSトランジスタから構成される。この場合、メモリセルは、P型シリコン基板内又はP型ウエル領域内に形成される。本例では、メモリセルは、P型ウエル領域内に形成するようにしている。
【0005】
具体的には、P型シリコン基板11内には、Nウエル領域12及びPウエル領域13が形成される。また、シリコン基板11には、素子分離のためのトレンチが形成され、そのトレンチ内に素子分離用絶縁材料(例えば、酸化シリコン)14が埋め込まれる。
【0006】
素子分離用絶縁材料14に挟まれた領域は、素子領域となる。素子領域におけるシリコン基板11(Pウエル領域13)上には、書き込み/消去時に微小なトンネル電流を流すことができるような薄いトンネル絶縁膜(例えば、酸化シリコン)15が形成される。
【0007】
トンネル絶縁膜15上には、電荷授受層16が形成される。電荷授受層16は、電気的に浮遊状態の導電層(例えば、不純物を含んだポリシリコン層)から構成される。
【0008】
電荷授受層16上には、ゲート間絶縁層17を介して、制御ゲート層18が形成される。電荷授受層16と制御ゲート層18は、容量結合されているため、制御ゲート層18の電位が変動すると、電荷授受層16の電位も変動する。
【0009】
電荷授受層16及び制御ゲート層18は、自己整合的に同時に加工されるため、制御ゲート層(ワード線)18が延びる方向(ロウ方向)に垂直な方向(カラム方向)の側端部が互いに一致している。また、電荷授受層16のロウ方向の側端部は、素子分離用絶縁材料14上に存在している。
【0010】
素子領域において、電荷授受層16の直下のシリコン基板11の表面領域は、チャネル領域となっている。また、チャネル領域の両側には、N型拡散層(ソース領域又はドレイン領域)19が形成される。
【0011】
上述のスタックゲート構造を有するメモリセルにおいて、メモリセルのデータは、電荷授受層16内の電荷量により決定される。即ち、メモリセルの閾値は、電荷授受層16内の負電荷(電子)が多くなれば、高くなり、電荷授受層16内の正電荷(正孔)が多くなれば、低くなる。
【0012】
そして、電荷授受層16内の負電荷が多い状態は、書き込み状態と呼ばれ、電荷授受層16内の正電荷が多い状態は、消去状態と呼ばれる。
【0013】
電荷授受層16内の電荷量は、書き込み/消去動作時に、トンネル絶縁膜15にトンネル電流を流すことにより調節できる。トンネル電流が流れるか否かは、制御ゲート層(電荷授受層)とチャネルの間に印加される電圧により決定される。つまり、トンネル絶縁膜15に高電圧が印加されれば、トンネル電流が流れることになる。
【0014】
例えば、トンネル絶縁膜15に高電圧が印加され、チャネルの電位が電荷授受層の電位よりも高い場合には、トンネル電流は、チャネルから電荷授受層に向って流れる。また、トンネル絶縁膜15に高電圧が印加され、電荷授受層の電位がチャネルの電位よりも高い場合には、トンネル電流は、電荷授受層からチャネルに向って流れる。
【0015】
図36乃至図38は、シングルゲート構造を有するメモリセルの一例を示している。図36は、メモリセルの平面図であり、図37は、図36のXXXVII−XXXVII線に沿う断面図であり、図38は、図36のXXXVIII−XXXVIII線に沿う断面図である。
【0016】
本例においても、メモリセルは、Nチャネル型MOSトランジスタから構成される。この場合、メモリセルは、P型シリコン基板内又はP型ウエル領域内に形成される。但し、本例では、メモリセルは、P型ウエル領域内に形成するようにしている。
【0017】
具体的には、P型シリコン基板21内には、Nウエル領域22及びPウエル領域23が形成される。また、シリコン基板21には、素子分離のためのトレンチが形成され、そのトレンチ内に素子分離用絶縁材料(例えば、酸化シリコン)24が埋め込まれる。
【0018】
素子分離用絶縁材料24に挟まれた領域は、素子領域となる。素子領域におけるシリコン基板21(Pウエル領域23)上には、書き込み/消去時に微小なトンネル電流を流すことができるような薄いトンネル絶縁膜(例えば、酸化シリコン)25が形成される。
【0019】
トンネル絶縁膜25上には、電荷を保持すると共に電荷抜けを抑制するための電荷保持用絶縁層26が形成される。電荷保持用絶縁層26は、例えば、複数の絶縁材料をスタックしたものから構成される。
【0020】
電荷保持用絶縁層26上には、制御ゲート層27が形成される。また、素子領域において、制御ゲート層27の直下のシリコン基板21の表面領域は、チャネル領域となっている。また、チャネル領域の両側には、N型拡散層(ソース領域又はドレイン領域)28が形成される。
【0021】
上述のシングルゲート構造を有するメモリセルにおいて、メモリセルのデータは、トンネル絶縁膜25と電荷保持用絶縁層26の界面に形成される電荷トラップ準位にトラップされた電荷量により決定される。即ち、メモリセルの閾値は、電荷トラップ準位にトラップされる負電荷(電子)が多くなれば、高くなり、電荷トラップ準位にトラップされる正電荷(正孔)が多くなれば、低くなる。
【0022】
そして、電荷トラップ準位にトラップされた負電荷が多い状態は、書き込み状態と呼ばれ、電荷トラップ準位にトラップされた正電荷が多い状態は、消去状態と呼ばれる。
【0023】
トンネル絶縁膜25と電荷保持用絶縁層26の界面に形成される電荷トラップ準位の電荷量は、書き込み/消去動作時に、トンネル絶縁膜25にトンネル電流を流すことにより調節できる。トンネル電流が流れるか否かは、制御ゲート層とチャネルの間に印加される電圧により決定される。つまり、トンネル絶縁膜25に高電圧が印加されれば、トンネル電流が流れることになる。
【0024】
例えば、トンネル絶縁膜25に高電圧が印加され、チャネルの電位が制御ゲート層の電位よりも高い場合には、トンネル電流は、チャネルから電荷保持用絶縁層に向って流れる。また、トンネル絶縁膜25に高電圧が印加され、制御ゲート層の電位がチャネルの電位よりも高い場合には、トンネル電流は、電荷保持用絶縁層からチャネルに向って流れる。
【0025】
なお、シングルゲート構造のメモリセルでは、トンネル絶縁膜25と電荷保持用絶縁層26の間に、電荷授受用絶縁層を設け、メモリセルの状態(データ)を電荷授受用絶縁層にトラップされた電荷量に判断するようにしてもよい。
【0026】
図39乃至図42は、NORセル型不揮発性半導体記憶装置のメモリセルアレイを示している。図39及び図40は、メモリセルアレイの平面図であり、図41は、図39及び図40のXLI−XLI線に沿う断面図であり、図42は、図39及び図40のXLII−XLII線に沿う断面図である。
【0027】
なお、図面を分かり易くするため、図39では、ビット線が形成される配線層を省略し、図40では、ビット線が形成される配線層のみを示している。つまり、図40のビット線は、図39のデバイス上に形成されることになる。
【0028】
本例では、スタックゲート構造のメモリセルを用いて、メモリセルアレイを構成する場合について説明するが、当然に、シングルゲート構造のメモリセルであっても、同様のレイアウトを採用することができる。
【0029】
メモリセルの構造については、図33乃至図35において説明したので、省略する。
【0030】
メモリセルの制御ゲート層(ワード線)18は、ロウ方向に延びている。メモリセル上には、メモリセルを覆う層間絶縁膜(例えば、酸化シリコン)31が形成される。層間絶縁膜31には、メモリセルのドレイン拡散層19dに達するコンタクトホール(ビット線コンタクト)30が形成される。
【0031】
コンタクトホール30内には、導電材料から構成されるコンタクトプラグ32が埋め込まれている。そして、層間絶縁膜31上には、ビット線33が形成される。ビット線33は、コンタクトプラグ32を介してメモリセルのドレイン拡散層19dに電気的に接続される。
【0032】
ビット線33は、カラム方向に延びている。つまり、制御ゲート層18とビット線33は、互いに垂直又は概ね垂直に交差するように配置される。制御ゲート層18とビット線33の交差点には、1つのメモリセルが配置される。
【0033】
ドレイン拡散層19dは、カラム方向の2つのメモリセルに共有化され、ロウ方向のメモリセルに対しては互いに独立している。ソース拡散層19sは、ロウ方向に延び、共通ソース線となっている。従って、ソース拡散層19sは、カラム方向の2つのメモリセルに共有化されると共に、ソース拡散層19sに隣接するロウ方向の複数のメモリセルにも共有化される。
【0034】
また、ソース拡散層19sが形成される領域には、素子分離用絶縁材料14が形成されない。つまり、素子分離領域(素子分離絶縁材料)14は、カラム方向に延びるように形成されるが、ソース拡散層19sの部分で途切れている。また、1つのカラム内に存在するメモリセルのドレイン拡散層19dは、ビット線33により互いに電気的に接続される。
【0035】
図43及び図44は、図39乃至図42のデバイスを実際に製造した場合におけるコンタクトホール(ビット線コンタクト)の形状を示している。
【0036】
即ち、メモリセルが微細化され、コンタクトホール(ビット線コンタクト)も微細化されてくると、コンタクトホールを正方形にレイアウトした場合であっても、マスクとなるレジスト膜の形状が円形になり、これをマスクにしてエッチングにより形成するコンタクトホールの形状も円形になる場合がある。
【0037】
なお、本例は、単に、コンタクトホールの形状が、正方形だけでなく、円形になる場合もあることを説明するものである。
【0038】
図45乃至図48は、NANDセル型不揮発性半導体記憶装置のメモリセルアレイを示している。図45及び図46は、メモリセルアレイの平面図であり、図47は、図45及び図46のXLVII−XLVII線に沿う断面図であり、図48は、図45及び図46のXLVIII−XLVIII線に沿う断面図である。
【0039】
なお、図面を分かり易くするため、図45では、ビット線が形成される配線層を省略し、図46では、ビット線が形成される配線層のみを示している。つまり、図46のビット線は、図45のデバイス上に形成されることになる。
【0040】
本例では、スタックゲート構造のメモリセルを用いて、メモリセルアレイを構成する場合について説明するが、当然に、シングルゲート構造のメモリセルであっても、同様のレイアウトを採用することができる。
【0041】
NANDセル型のメモリセルアレイは、複数のNANDストリング(又はNANDセルユニット)がビット線に接続される構造を有する。1つのNANDストリングは、直列接続される複数のメモリセルと、その両端に1つずつ接続される2つのセレクトトランジスタにより構成される。
【0042】
メモリセルの構造については、図33乃至図35において説明したので、省略する。セレクトトランジスタの構造は、メモリセルと同様に、スタックゲート構造を有している。しかし、セレクトトランジスタは、電荷授受層を有しておらず、例えば、上層ゲートと下層ゲートが互いに接続され、1つのゲート電極(セレクトゲート線)SG1,SG2として機能している。
【0043】
メモリセルの制御ゲート層(ワード線)18及びセレクトゲート線SG1,SG2は、共に、ロウ方向に延びている。メモリセル上には、メモリセルを覆う層間絶縁膜(例えば、酸化シリコン)31が形成される。層間絶縁膜31には、メモリセルのドレイン拡散層19dに達するコンタクトホール(ビット線コンタクト)30が形成される。
【0044】
コンタクトホール30内には、導電材料から構成されるコンタクトプラグ32が埋め込まれている。そして、層間絶縁膜31上には、ビット線33が形成される。ビット線33は、コンタクトプラグ32を介してメモリセルのドレイン拡散層19dに電気的に接続される。
【0045】
ビット線33は、カラム方向に延びている。つまり、制御ゲート層18とビット線33は、互いに垂直又は概ね垂直に交差するように配置される。制御ゲート層18とビット線33の交差点には、1つのメモリセルが配置される。
【0046】
NANDストリング内において、互いに隣接する2つのトランジスタ(メモリセル、セレクトトランジスタ)は、1つの拡散層19を共有している。また、NANDストリング内の最もビット線33側のドレイン拡散層19dは、カラム方向の2つのNANDストリングに共有化され、ロウ方向のNANDストリングに対しては互いに独立している。ソース拡散層19sは、ロウ方向に延び、共通ソース線となっている。従って、ソース拡散層19sは、カラム方向の2つのNANDストリングに共有化されると共に、ソース拡散層19sに隣接するロウ方向の複数のNANDストリングにも共有化される。
【0047】
また、ソース拡散層19sが形成される領域には、素子分離用絶縁材料14が形成されない。つまり、素子分離領域(素子分離絶縁材料)14は、カラム方向に延びるように形成されるが、ソース拡散層19sの部分で途切れている。また、1つのカラム内に存在するNANDストリングのドレイン拡散層19dは、ビット線33により互いに電気的に接続される。
【0048】
図49及び図50は、図45乃至図48のデバイスを実際に製造した場合におけるコンタクトホール(ビット線コンタクト)の形状を示している。
【0049】
即ち、メモリセルが微細化され、コンタクトホール(ビット線コンタクト)も微細化されてくると、コンタクトホールを正方形にレイアウトした場合であっても、マスクとなるレジスト膜の形状が円形になり、これをマスクにしてエッチングにより形成するコンタクトホールの形状も円形になる場合がある。
【0050】
なお、本例は、単に、コンタクトホールの形状が、正方形だけでなく、円形になる場合もあることを説明するものである。
【0051】
【発明が解決しようとする課題】
以上、NORセル型とNANDセル型の不揮発性半導体記憶装置について説明したが、いずれの構造であっても、コンタクトホール(ビット線コンタクト)30は、ロウ方向に一列に配置される。
【0052】
これは、ロウ方向に交互に配置される素子領域と素子分離領域がカラム方向に延び、かつ、制御ゲート層が素子領域に直交するロウ方向に延びる場合が、最も高密度にメモリセルをレイアウトできると考えられるからである。つまり、このようなレイアウトを採用すると、コンタクトホール(ビット線コンタクト)30は、必然的に、ロウ方向に一列に配置されることになる。
【0053】
この場合、図39、図40、図45及び図46に示すように、コンタクトホール(ビット線コンタクト)30は、一定ピッチ(又は一定周期)Xpitchで等間隔に配置される。そして、この一定ピッチXpitchは、ロウ方向に交互に配置される素子領域と素子分離領域の繰り返しピッチ(又は繰り返し周期)Xi+Xeに等しくなる。なぜなら、両者が同じピッチでないと、コンタクトホールとセルのドレインとが次第にずれてしまうからである。
【0054】
ここで、ロウ方向に交互に配置される素子領域と素子分離領域は、いわゆるライン(素子領域、即ち、シリコン基板11)とスペース(素子分離領域、即ち、STI(Shallow Trench Isolation))の繰り返しであり、その繰り返しピッチ(又は繰り返し周期)Xi+Xeは、露光装置の性能や加工技術に応じて、狭めることが可能である。
【0055】
コンタクトホール(ビット線コンタクト)30は、二酸化シリコン(SiO)などからなる層間絶縁膜にホール(穴)を開口することにより形成される。このホール自体の径が狭いと、上手く開口できず、その径が大きいと、隣り合うホールの間隔が狭くなり、上手く加工できない。
【0056】
従って、露光加工技術で決定されるライン&スペースの繰り返し周期とは異なり、コンタクトホール(ビット線コンタクト)30のピッチXpitchは、露光加工技術のみで決定されるのではなく、コンタクトホール30自体の大きさとコンタクトホール30同士の間隔によっても決定される。
【0057】
また、コンタクトホール(ビット線コンタクト)30の形状は、正方形(製造後は、円形になる場合がある。)に設定されている。また、正方形のホールは、加工技術的にみて、ライン&スペースよりも微細化が困難なことが知られている。つまり、メモリセルのサイズが縮小化され、素子領域と素子分離領域の繰り返しピッチXi+Xeを狭めることが可能になったとしても、コンタクトホール30自体を縮小することができず、結果として、コンタクトホール(ビット線コンタクト)30のピッチXpitch(素子領域と素子分離領域の繰り返しピッチXi+Xe)を狭めることができないことになる。
【0058】
このように、従来は、コンタクトホール(特に、ビット線コンタクト)が正方形であったため、コンタクトホールの微細化が困難であった。このため、素子領域と素子分離領域の繰り返しピッチ(ビット線のピッチに等しい)Xi+Xeが、コンタクトホールのピッチXpitchに制限されてしまい、メモリセルの高密度化が達成できない、という問題があった。
【0059】
本発明は、上記欠点を解決すべくなされたもので、その目的は、コンタクトホールの形状を工夫することにより、コンタクトホールのピッチ、即ち、素子領域と素子分離領域の繰り返しピッチ(ビット線のピッチに等しい)を狭め、これにより、メモリセルの高密度化、大容量化、低コスト化を達成する点にある。
【0060】
【課題を解決するための手段】
本発明の不揮発性半導体記憶装置は、一方向に一定周期で繰り返して配置される素子領域及び素子分離領域と、前記素子領域内に形成されるメモリセルと、前記一方向に前記一定周期と同じ周期で配置されるコンタクトホールと、前記コンタクトホールを介して前記メモリセルとデータを授受する配線とを備え、前記コンタクトホールの上部における前記一方向に直交する他方向の幅が、前記コンタクトホールの上部における前記一方向の幅よりも広く、前記コンタクトホールの上部における前記他方向の幅をY1、前記コンタクトホールの底部における前記他方向の幅をY2としたとき、Y1>Y2であり、前記コンタクトホールの上部における前記他方向の幅と前記コンタクトホールの底部における前記他方向の幅は、不連続に変化している
【0074】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら、本発明の不揮発性半導体記憶装置について詳細に説明する。
【0075】
[第1実施の形態]
図1乃至図4は、本発明の第1実施の形態に関わるNORセル型不揮発性半導体記憶装置のメモリセルアレイを示している。図1及び図2は、メモリセルアレイの平面図であり、図3は、図1及び図2のIII−III線に沿う断面図であり、図4は、図1及び図2のIV−IV線に沿う断面図である。
【0076】
なお、図面を分かり易くするため、図1では、ビット線が形成される配線層を省略し、図2では、ビット線が形成される配線層のみを示している。つまり、図2のビット線は、図1のデバイス上に形成されることになる。
【0077】
また、本例では、スタックゲート構造のメモリセルを用いて、メモリセルアレイを構成する場合について説明する。但し、本発明は、当然に、シングルゲート構造のメモリセルにも適用できることは言うまでもない。また、本例では、メモリセルは、Nチャネル型MOSトランジスタから構成されるものとする。
【0078】
以下、具体的なデバイス構造について説明する。
P型シリコン基板11内には、Nウエル領域12及びPウエル領域13が形成される。そして、メモリセルは、P型ウエル領域13内に形成される。但し、メモリセルは、シリコン基板11内に形成してもよい。また、シリコン基板11には、素子分離のためのトレンチが形成され、そのトレンチ内に素子分離用絶縁材料(例えば、酸化シリコン)14が埋め込まれる。
【0079】
素子分離用絶縁材料14に挟まれた領域は、素子領域となる。素子領域におけるシリコン基板11(Pウエル領域13)上には、書き込み/消去時に微小なトンネル電流を流すことができるような薄いトンネル絶縁膜(例えば、酸化シリコン)15が形成される。
【0080】
トンネル絶縁膜15上には、電荷授受層16が形成される。電荷授受層16は、電気的に浮遊状態の導電層(例えば、不純物を含んだポリシリコン層)から構成される。
【0081】
電荷授受層16上には、ゲート間絶縁層17を介して、制御ゲート層18が形成される。電荷授受層16と制御ゲート層18は、容量結合されているため、制御ゲート層18の電位が変動すると、電荷授受層16の電位も変動する。
【0082】
電荷授受層16及び制御ゲート層18は、自己整合的に同時に加工されるため、制御ゲート層(ワード線)18が延びる方向(ロウ方向)に垂直な方向(カラム方向)の側端部が互いに一致している。また、電荷授受層16のロウ方向の側端部は、素子分離用絶縁材料14上に存在している。
【0083】
素子領域において、電荷授受層16の直下のシリコン基板11の表面領域は、チャネル領域となっている。また、チャネル領域の両側には、ソース拡散層19s及びドレイン拡散層19dが形成される。
【0084】
メモリセルの制御ゲート層(ワード線)18は、ロウ方向に延びている。メモリセル上には、メモリセルを覆う層間絶縁膜(例えば、酸化シリコン)31が形成される。層間絶縁膜31には、メモリセルのドレイン拡散層19dに達するコンタクトホール(ビット線コンタクト)30が形成される。
【0085】
コンタクトホール30は、正方形ではなく、長方形になっている。本例では、コンタクトホール30のカラム方向(ビット線33が延びる方向)の幅Yhが、コンタクトホール30のロウ方向(ワード線18が延びる方向)の幅Xhよりも広くなっている。
【0086】
コンタクトホール30は、ロウ方向に一列に並んでおり、そのピッチXpitchは、コンタクトホール30のロウ方向の幅Xhとコンタクトホール30同士の間隔Xbに等しくなっている。また、コンタクトホール30のピッチXpitchは、当然に、素子領域と素子分離領域の繰り返しピッチ(ビット線33のピッチ)Xi+Xeにも等しくなっている。
【0087】
コンタクトホール30内には、導電材料から構成されるコンタクトプラグ32が埋め込まれている。そして、層間絶縁膜31上には、ビット線33が形成される。ビット線33は、コンタクトプラグ32を介してメモリセルのドレイン拡散層19dに電気的に接続される。
【0088】
ビット線33は、カラム方向に延びている。つまり、制御ゲート層18とビット線33は、互いに垂直又は概ね垂直に交差するように配置される。制御ゲート層18とビット線33の交差点には、1つのメモリセルが配置される。
【0089】
また、ドレイン拡散層19dは、カラム方向の2つのメモリセルに共有化され、ロウ方向のメモリセルに対しては互いに独立している。ソース拡散層19sは、ロウ方向に延び、共通ソース線となっている。従って、ソース拡散層19sは、カラム方向の2つのメモリセルに共有化されると共に、ソース拡散層19sに隣接するロウ方向の複数のメモリセルにも共有化される。
【0090】
また、ソース拡散層19sが形成される領域には、素子分離用絶縁材料14が形成されない。つまり、素子分離領域(素子分離絶縁材料)14は、カラム方向に延びるように形成されるが、ソース拡散層19sの部分で途切れている。また、1つのカラム内に存在するメモリセルのドレイン拡散層19dは、ビット線33により互いに電気的に接続される。
【0091】
図5及び図6は、図1乃至図4のデバイスを実際に製造した場合におけるコンタクトホール(ビット線コンタクト)30の形状を示している。
【0092】
即ち、メモリセルが微細化され、コンタクトホール(ビット線コンタクト)も微細化されてくると、コンタクトホールを長方形にレイアウトした場合であっても、マスクとなるレジスト膜の形状が長方形の角が丸くなった形(楕円に近い形)になり、これをマスクにしてエッチングにより形成するコンタクトホールの形状も長方形の角が丸くなった形になる場合がある。
【0093】
なお、本例は、単に、コンタクトホールの形状が、長方形だけでなく、長方形の角が丸くなった形になる場合もあることを説明するものである。
【0094】
図1乃至図6に示すように、本発明の特徴は、コンタクトホール(ビット線コンタクト)30の形状にある。即ち、本発明では、コンタクトホール30のカラム方向(ビット線33が延びる方向)の幅Yhは、コンタクトホール30のロウ方向(ワード線18が延びる方向)の幅Xhよりも広くなっている。
【0095】
一般に、光露光技術に関して、ホール(例えば、コンタクトホール)形状のレジストパターンを形成する場合は、ライン&スペース形状のレジストパターンを形成する場合に比べて、レジストを感光させるために必要な光量(露光量)が大きくなり、最適寸法を得るための露光条件は、非常に厳格なものとなる。
【0096】
例えば、コンタクトホール(ビット線コンタクト)30のピッチXpitchを非常に短くした場合、露光量を増やすと、隣接するコンタクトホール30同士が短絡し易くなり、逆に、露光量を減らすと、十分に露光が行われず、ホールが形成されないといった問題が生じる。
【0097】
これに対して、ライン&スペース形状のレジストパターンを形成する場合には、いわゆる近接効果が生じるため、レジストを感光させるために必要な光量(露光量)は、ホール形状のレジストパターンを形成する場合よりも少なくて済む。つまり、同じ条件ならば、ライン&スペース形状は、ホール形状よりも微細化することが可能になる。
【0098】
本発明は、この点に着目し、従来、正方形(又は円形)であったコンタクトホール30を、長方形(又は長方形の角を丸くした形状)とし、ライン&スペース形状の特徴、即ち、近接効果による加工マージンの向上を得るようにしたものである。
【0099】
具体的には、不揮発性半導体記憶装置の場合、コンタクトホール(ビット線コンタクト)30は、ロウ方向(ワード線18が延びる方向)に一列に配置されるため、コンタクトホール30のロウ方向の幅Xhを短くし、コンタクトホール30のカラム方向の幅Yhを、ロウ方向の幅Xhよりも長くする。これにより、コンタクトホール30のピッチXpitchを狭め、同時に、素子領域の幅Xe及び素子分離領域の幅Xiを、ライン&スペースの最小加工寸法程度まで狭くすることができる。
【0100】
即ち、従来は、ライン&スペースのピッチXe+Xiがコンタクトホール30の径及びコンタクトホール30同士の間隔に制限されてしまい、ライン&スペースのピッチXe+Xiは、最小加工寸法まで縮小できなかった。一方、本発明によれば、ライン&スペースのピッチXe+Xiがコンタクトホール30の径及びコンタクトホール30同士の間隔に制限されなくなり、ライン&スペースのピッチXe+Xiを、最小加工寸法まで縮小できるようになる。
【0101】
また、コンタクトホール30のロウ方向の幅Xhを短くしても、カラム方向の幅Yhを長くすれば、従来の正方形のコンタクトホールに対して、コンタクト面積が小さくなるということもなく、コンタクト抵抗も低く抑えられる。
【0102】
[第2実施の形態]
図7乃至図10は、本発明の第2実施の形態に関わるNANDセル型不揮発性半導体記憶装置のメモリセルアレイを示している。図7及び図8は、メモリセルアレイの平面図であり、図9は、図7及び図8のIX−IX線に沿う断面図であり、図10は、図7及び図8のX−X線に沿う断面図である。
【0103】
なお、図面を分かり易くするため、図7では、ビット線が形成される配線層を省略し、図8では、ビット線が形成される配線層のみを示している。つまり、図8のビット線は、図7のデバイス上に形成されることになる。
【0104】
本例では、スタックゲート構造のメモリセルを用いて、メモリセルアレイを構成する場合について説明するが、本発明は、当然に、シングルゲート構造のメモリセルにも適用できることは言うまでもない。
【0105】
NANDセル型のメモリセルアレイは、複数のNANDストリング(又はNANDセルユニット)がビット線に接続される構造を有する。1つのNANDストリングは、直列接続される複数のメモリセルと、その両端に1つずつ接続される2つのセレクトトランジスタにより構成される。
【0106】
以下、具体的なデバイス構造について説明する。
P型シリコン基板11内には、Nウエル領域12及びPウエル領域13が形成される。そして、メモリセル及びセレクトトランジスタは、P型ウエル領域13内に形成される。但し、メモリセル及びセレクトトランジスタは、シリコン基板11内に形成してもよい。また、シリコン基板11には、素子分離のためのトレンチが形成され、そのトレンチ内に素子分離用絶縁材料(例えば、酸化シリコン)14が埋め込まれる。
【0107】
素子分離用絶縁材料14に挟まれた領域は、素子領域となる。素子領域におけるシリコン基板11(Pウエル領域13)上には、書き込み/消去時に微小なトンネル電流を流すことができるような薄いトンネル絶縁膜(例えば、酸化シリコン)15が形成される。
【0108】
トンネル絶縁膜15上には、電荷授受層16が形成される。電荷授受層16は、電気的に浮遊状態の導電層(例えば、不純物を含んだポリシリコン層)から構成される。
【0109】
電荷授受層16上には、ゲート間絶縁層17を介して、制御ゲート層18が形成される。電荷授受層16と制御ゲート層18は、容量結合されているため、制御ゲート層18の電位が変動すると、電荷授受層16の電位も変動する。
【0110】
電荷授受層16及び制御ゲート層18は、自己整合的に同時に加工されるため、制御ゲート層(ワード線)18が延びる方向(ロウ方向)に垂直な方向(カラム方向)の側端部が互いに一致している。また、電荷授受層16のロウ方向の側端部は、素子分離用絶縁材料14上に存在している。
【0111】
素子領域において、電荷授受層16の直下のシリコン基板11の表面領域は、チャネル領域となっている。また、チャネル領域の両側には、N型拡散層(ソース領域又はドレイン領域)19が形成される。
【0112】
セレクトトランジスタの構造は、メモリセルと同様に、スタックゲート構造を有している。しかし、セレクトトランジスタは、電荷授受層を有しておらず、例えば、上層ゲートと下層ゲートが互いに接続され、1つのゲート電極(セレクトゲート線)SG1,SG2として機能している。
【0113】
メモリセルの制御ゲート層(ワード線)18及びセレクトゲート線SG1,SG2は、共に、ロウ方向に延びている。メモリセル上には、メモリセルを覆う層間絶縁膜(例えば、酸化シリコン)31が形成される。層間絶縁膜31には、NANDストリングのドレイン拡散層19dに達するコンタクトホール(ビット線コンタクト)30が形成される。
【0114】
コンタクトホール30は、正方形ではなく、長方形になっている。本例では、コンタクトホール30のカラム方向(ビット線33が延びる方向)の幅Yhが、コンタクトホール30のロウ方向(ワード線18が延びる方向)の幅Xhよりも広くなっている。
【0115】
コンタクトホール30は、ロウ方向に一列に並んでおり、そのピッチXpitchは、コンタクトホール30のロウ方向の幅Xhとコンタクトホール30同士の間隔Xbに等しくなっている。また、コンタクトホール30のピッチXpitchは、当然に、素子領域と素子分離領域の繰り返しピッチ(ビット線33のピッチ)Xi+Xeにも等しくなっている。
【0116】
コンタクトホール30内には、導電材料から構成されるコンタクトプラグ32が埋め込まれている。そして、層間絶縁膜31上には、ビット線33が形成される。ビット線33は、コンタクトプラグ32を介してメモリセルのドレイン拡散層19dに電気的に接続される。
【0117】
ビット線33は、カラム方向に延びている。つまり、制御ゲート層18とビット線33は、互いに垂直又は概ね垂直に交差するように配置される。制御ゲート層18とビット線33の交差点には、1つのメモリセルが配置される。
【0118】
NANDストリング内において、互いに隣接する2つのトランジスタ(メモリセル、セレクトトランジスタ)は、1つの拡散層19を共有している。また、NANDストリング内の最もビット線33側のドレイン拡散層19dは、カラム方向の2つのNANDストリングに共有化され、ロウ方向のNANDストリングに対しては互いに独立している。ソース拡散層19sは、ロウ方向に延び、共通ソース線となっている。従って、ソース拡散層19sは、カラム方向の2つのNANDストリングに共有化されると共に、ソース拡散層19sに隣接するロウ方向の複数のNANDストリングにも共有化される。
【0119】
また、ソース拡散層19sが形成される領域には、素子分離用絶縁材料14が形成されない。つまり、素子分離領域(素子分離絶縁材料)14は、カラム方向に延びるように形成されるが、ソース拡散層19sの部分で途切れている。また、1つのカラム内に存在するNANDストリングのドレイン拡散層19dは、ビット線33により互いに電気的に接続される。
【0120】
図11及び図12は、図7乃至図10のデバイスを実際に製造した場合におけるコンタクトホール(ビット線コンタクト)30の形状を示している。
【0121】
即ち、メモリセルが微細化され、コンタクトホール(ビット線コンタクト)も微細化されてくると、コンタクトホールを長方形にレイアウトした場合であっても、マスクとなるレジスト膜の形状が長方形の角が丸くなった形(楕円に近い形)になり、これをマスクにしてエッチングにより形成するコンタクトホールの形状も長方形の角が丸くなった形になる場合がある。
【0122】
なお、本例は、単に、コンタクトホールの形状が、長方形だけでなく、長方形の角が丸くなった形になる場合もあることを説明するものである。
【0123】
本例のデバイスにおいても、コンタクトホール(ビット線コンタクト)30のカラム方向(ビット線33が延びる方向)の幅Yhは、コンタクトホール30のロウ方向(ワード線18が延びる方向)の幅Xhよりも広くなっている。従って、本例においても、上述の第1実施の形態で説明したと同様に、コンタクトホール30を、長方形(又は長方形の角を丸くした形状)とすることで、ライン&スペース形状の特徴、即ち、近接効果による加工マージンの向上を得ることができるようになる。
【0124】
つまり、コンタクトホール(ビット線コンタクト)30は、ロウ方向(ワード線18が延びる方向)に一列に配置されるため、コンタクトホール30のロウ方向の幅Xhを短くし、コンタクトホール30のカラム方向の幅Yhを、ロウ方向の幅Xhよりも長くする。その結果、コンタクトホール30のピッチXpitchを狭めることができ、同時に、素子領域の幅Xe及び素子分離領域の幅Xiを、ライン&スペースの最小加工寸法程度まで狭くすることができる。
【0125】
また、コンタクトホール30のロウ方向の幅Xhを短くしても、カラム方向の幅Yhを長くすれば、従来の正方形のコンタクトホールに対して、コンタクト面積が小さくなるということもなく、コンタクト抵抗も低く抑えられる。
【0126】
また、本例の場合、メモリセルアレイがNANDセル構造となっている。NANDセル構造では、1つのNANDストリングに対して1つのコンタクトホール(ビット線コンタクト)30が設けられ、かつ、1つのNANDストリングは、カラム方向に直列接続された複数のメモリセルから構成される。つまり、NANDセル構造のメモリセルアレイは、NORセル構造のメモリセルアレイに比べて、カラム方向に設けられるコンタクトホールの数を減らすことができる。
【0127】
本発明では、コンタクトホール30のロウ方向の幅Xhを狭くし、コンタクトホール30のカラム方向の幅Yhを広くするため、カラム方向に設けられるコンタクトホールの数が減るということは、コンタクトホール30のカラム方向の幅Yhを広げることによるメモリセルアレイの面積増加分が小さくなることを意味する。つまり、コンタクトホール30のロウ方向の幅Xhを狭めることによるメモリセルアレイの面積縮小の効果が顕著になる。
【0128】
このように、本発明をNANDセル型不揮発性半導体記憶装置に適用する場合には、本発明の効果が顕著に現れる。なお、第1実施の形態に示すNORセル型であっても、面積縮小という効果が得られるが、さらに、メモリセルの配置や後述するプロセス上の工夫(セルフアラインコンタクト)を適用することにより、その効果を大きくすることができる。
【0129】
[第3実施の形態]
図13乃至図16は、本発明の第3実施の形態に関わるNANDセル型不揮発性半導体記憶装置のメモリセルアレイを示している。図13及び図14は、メモリセルアレイの平面図であり、図15は、図13及び図14のXV−XV線に沿う断面図であり、図16は、図13及び図14のXVI−XVI線に沿う断面図である。
【0130】
なお、図面を分かり易くするため、図13では、ビット線が形成される配線層を省略し、図14の(a)では、ビット線が形成される配線層のみを示し、図14の(b)では、素子分離用絶縁材料(素子分離領域)14とこれに挟まれる素子領域のみを示している。
【0131】
本例では、スタックゲート構造のメモリセルを用いて、メモリセルアレイを構成する場合について説明するが、本発明は、当然に、シングルゲート構造のメモリセルにも適用できることは言うまでもない。
【0132】
NANDセル型のメモリセルアレイは、複数のNANDストリング(又はNANDセルユニット)がビット線に接続される構造を有する。1つのNANDストリングは、直列接続される複数のメモリセルと、その両端に1つずつ接続される2つのセレクトトランジスタにより構成される。
【0133】
以下、具体的なデバイス構造について説明する。
P型シリコン基板11内には、Nウエル領域12及びPウエル領域13が形成される。そして、メモリセル及びセレクトトランジスタは、P型ウエル領域13内に形成される。但し、メモリセル及びセレクトトランジスタは、シリコン基板11内に形成してもよい。また、シリコン基板11には、素子分離のためのトレンチが形成され、そのトレンチ内に素子分離用絶縁材料(例えば、酸化シリコン)14が埋め込まれる。
【0134】
本例では、STI構造を得るためのトレンチは、カラム方向に途切れることなく、直線状に形成される(図14の(b)を参照)。つまり、素子分離領域(素子分離用絶縁材料)14は、メモリセルアレイ領域においては、完全に、ライン&スペース形状となり、素子分離領域及び素子領域の加工制御及び寸法制御の精度を向上させることができる。
【0135】
これは、後述するように、シリコン基板11上に、共通ソース線43を設けたことによる効果であり、結果として、シリコン基板11内のソース拡散層19sは、ロウ方向のNANDストリングに対して共有化されない(隣接するカラム方向の2つのNANDストリングに対しては共有化されている。)。
【0136】
なお、上述の第2実施の形態(図7乃至図12)では、シリコン基板11内に、ロウ方向に延びる共通ソース線がN型拡散層19sとして形成され、ロウ方向の複数のNANDストリングに共有化されているため、この部分において、カラム方向に延びる素子分離領域は、途切れており、全体としては、メモリセルアレイ領域においては、複数の長方形の素子分離領域が規則的に配置された形となっている。
【0137】
素子分離用絶縁材料14に挟まれた領域は、素子領域となる。素子領域におけるシリコン基板11(Pウエル領域13)上には、書き込み/消去時に微小なトンネル電流を流すことができるような薄いトンネル絶縁膜(例えば、酸化シリコン)15が形成される。
【0138】
トンネル絶縁膜15上には、電荷授受層16が形成される。電荷授受層16は、電気的に浮遊状態の導電層(例えば、不純物を含んだポリシリコン層)から構成される。
【0139】
電荷授受層16上には、ゲート間絶縁層17を介して、制御ゲート層18が形成される。電荷授受層16と制御ゲート層18は、容量結合されているため、制御ゲート層18の電位が変動すると、電荷授受層16の電位も変動する。
【0140】
電荷授受層16及び制御ゲート層18は、自己整合的に同時に加工されるため、制御ゲート層(ワード線)18が延びる方向(ロウ方向)に垂直な方向(カラム方向)の側端部が互いに一致している。また、電荷授受層16のロウ方向の側端部は、素子分離用絶縁材料14上に存在している。
【0141】
素子領域において、電荷授受層16の直下のシリコン基板11の表面領域は、チャネル領域となっている。また、チャネル領域の両側には、N型拡散層(ソース領域又はドレイン領域)19が形成される。
【0142】
セレクトトランジスタの構造は、メモリセルと同様に、スタックゲート構造を有している。しかし、セレクトトランジスタは、電荷授受層を有しておらず、例えば、上層ゲートと下層ゲートが互いに接続され、1つのゲート電極(セレクトゲート線)SG1,SG2として機能している。
【0143】
メモリセルの制御ゲート層(ワード線)18及びセレクトゲート線SG1,SG2は、共に、ロウ方向に延びている。メモリセル上には、メモリセルを覆う層間絶縁膜(例えば、酸化シリコン)31が形成される。層間絶縁膜31には、NANDストリングのドレイン拡散層19dに達するコンタクトホール(ビット線コンタクト)30が形成される。
【0144】
また、層間絶縁膜31には、NANDストリングのソース拡散層19sに達するコンタクトホール(ソース線コンタクト)40が形成される。
【0145】
コンタクトホール30,40は、共に、正方形ではなく、長方形になっている。本例では、コンタクトホール30,40のカラム方向(ビット線33が延びる方向)の幅Yhが、コンタクトホール30,40のロウ方向(ワード線18が延びる方向)の幅Xhよりも広くなっている。
【0146】
コンタクトホール30は、ロウ方向に一列に並んでおり、そのピッチXpitchは、コンタクトホール30のロウ方向の幅Xhとコンタクトホール30同士の間隔Xbに等しくなっている。同様に、コンタクトホール40は、ロウ方向に一列に並んでおり、そのピッチXpitchは、コンタクトホール40のロウ方向の幅Xhとコンタクトホール40同士の間隔Xbに等しくなっている。
【0147】
また、コンタクトホール30,40のピッチXpitchは、当然に、素子領域と素子分離領域の繰り返しピッチ(ビット線33のピッチ)Xi+Xeにも等しくなっている。コンタクトホール30,40の位置とソース/ドレイン拡散層19s、19dの位置を対応付けるためである。
【0148】
コンタクトホール30の大きさとコンタクトホール40の大きさは、加工制御性や信頼性を考慮すれば、互いに等しくなるように設定するのがよい。しかし、コンタクトホールの形状が長方形であれば、本発明の効果が得られるため、両者の大きさは、互いに異なっていてもよいことは言うまでもない。
【0149】
コンタクトホール30内には、導電材料から構成されるコンタクトプラグ32が埋め込まれている。同様に、コンタクトホール40内には、導電材料から構成されるコンタクトプラグ42が埋め込まれている。そして、層間絶縁膜31上には、NANDストリングのソース拡散層19sに電気的に接続される共通ソース線43が形成される。
【0150】
なお、共通ソース線43は、例えば、高融点金属(タングステンなど)、不純物を含んだポリシリコンや、これらをスタックした構造を有するものなどから構成される。
【0151】
また、層間絶縁膜31上には、共通ソース線43を覆う層間絶縁膜(例えば、酸化シリコン)41が形成される。層間絶縁膜41には、コンタクトプラグ32に達するコンタクトホール44が形成される。
【0152】
コンタクトホール44についても、コンタクトホール30と同様に、長方形になっている。即ち、コンタクトホール44のカラム方向(ビット線33が延びる方向)の幅が、コンタクトホール44のロウ方向(ワード線18が延びる方向)の幅よりも広くなっている。
【0153】
コンタクトホール44は、メモリセル上に形成されるため、コンタクトホール44のカラム方向の幅については、特に、制限がない。従って、コンタクトホールの長辺(カラム方向の幅)を、コンタクトホール30のカラム方向の幅Yhよりも長くして、さらに細長いコンタクトホールとしてもよい。また、当然に、コンタクトホール44の大きさとコンタクトホール30の大きさを同じに設定してもよい。
【0154】
コンタクトホール44も、コンタクトホール30と同様に、ロウ方向に一列に並んでいるため、そのピッチは、コンタクトホール30のピッチXpitchに等しくなる。つまり、コンタクトホール44のロウ方向の幅及びコンタクトホール44同士の間隔は、コンタクトホール30のロウ方向の幅Xh及びコンタクトホール30同士の間隔Xbに等しくなる。
【0155】
コンタクトホール44内には、導電材料から構成されるコンタクトプラグ45が埋め込まれている。そして、層間絶縁膜41上には、ビット線33が形成される。ビット線33は、コンタクトプラグ32,45を介してメモリセルのドレイン拡散層19dに電気的に接続される。
【0156】
なお、本例では、ドレイン拡散層19d上におけるコンタクトホール30とコンタクトホール44を、それぞれ異なる工程により別々に形成したが、これに代えて、同じ工程により同時に両コンタクトホールを1つのコンタクトホールとして形成してもよい。この場合、当然に、両コンタクトホール30,44の大きさは、同じになり、かつ、コンタクトプラグ32,45も、同時に形成され、1つのコンタクトプラグとして一体化される。
【0157】
図17及び図18は、図13乃至図16のデバイスを実際に製造した場合におけるコンタクトホール(ビット線コンタクト)30,40の形状を示している。
【0158】
即ち、メモリセルが微細化され、コンタクトホール(ビット線コンタクト)30及びコンタクトホール(ソース線コンタクト)40も微細化されてくると、コンタクトホール30,40を長方形にレイアウトした場合であっても、マスクとなるレジスト膜の形状が長方形の角が丸くなった形(楕円に近い形)になり、これをマスクにしてエッチングにより形成するコンタクトホール30,40の形状も長方形の角が丸くなった形になる場合がある。
【0159】
なお、本例は、単に、コンタクトホール30,40の形状が、長方形だけでなく、長方形の角が丸くなった形になる場合もあることを説明するものである。
【0160】
本例のデバイスにおいても、コンタクトホール30,40のカラム方向(ビット線33が延びる方向)の幅Yhは、コンタクトホール30,40のロウ方向(ワード線18が延びる方向)の幅Xhよりも広くなっている。従って、本例においても、上述の第1及び第2実施の形態で説明したと同様に、コンタクトホール30,40を、長方形(又は長方形の角を丸くした形状)とすることで、ライン&スペース形状の特徴、即ち、近接効果による加工マージンの向上を得ることができるようになる。
【0161】
つまり、コンタクトホール30,40は、ロウ方向(ワード線18が延びる方向)に一列に配置されるため、コンタクトホール30,40のロウ方向の幅Xhを短くし、コンタクトホール30,40のカラム方向の幅Yhを、ロウ方向の幅Xhよりも長くする。その結果、コンタクトホール30,40のピッチXpitchを狭めることができ、同時に、素子領域の幅Xe及び素子分離領域の幅Xiを、ライン&スペースの最小加工寸法程度まで狭くすることができる。
【0162】
また、コンタクトホール30,40のロウ方向の幅Xhを短くしても、カラム方向の幅Yhを長くすれば、従来の正方形のコンタクトホールに対して、コンタクト面積が小さくなるということもなく、コンタクト抵抗も低く抑えられる。
【0163】
また、本例の場合、メモリセルアレイがNANDセル構造となっている。NANDセル構造では、1つのNANDストリングに対して、1つのコンタクトホール(ビット線コンタクト)30と1つのコンタクトホール(ソース線コンタクト)40が設けられる。つまり、NANDセル構造のメモリセルアレイは、NORセル構造のメモリセルアレイに比べて、カラム方向に設けられるコンタクトホールの数を減らすことができる。
【0164】
本発明では、コンタクトホール30,40のロウ方向の幅Xhを狭くし、コンタクトホール30,40のカラム方向の幅Yhを広くするため、カラム方向に設けられるコンタクトホールの数が減るということは、コンタクトホール30,40のカラム方向の幅Yhを広げることによるメモリセルアレイの面積増加分が小さくなることを意味する。つまり、コンタクトホール30,40のロウ方向の幅Xhを狭めることによるメモリセルアレイの面積縮小の効果が顕著になる。
【0165】
さらに、本発明では、シリコン基板11内に共通ソース線を設けることなく、シリコン基板11上に、金属(高融点金属を含む)又はポリシリコンから構成される共通ソース線43を設けている。従って、シリコン基板11内のメモリセルアレイ領域では、素子分離領域(素子分離用絶縁材料)14を、完全に、ライン&スペース形状とすることができ、寸法制御や加工制御の精度を向上させることができる。また、共通ソース線の低抵抗化を図ることもできる。
【0166】
[第4実施の形態]
図19乃至図24は、本発明の第4実施の形態に関わるNANDセル型不揮発性半導体記憶装置のメモリセルアレイを示している。図19及び図20は、メモリセルアレイの平面図であり、図21は、図19及び図20のXXI−XXI線に沿う断面図であり、図22は、図19及び図20のXXII−XXII線に沿う断面図である。
【0167】
なお、図面を分かり易くするため、図19では、ビット線が形成される配線層を省略し、図20では、ビット線が形成される配線層のみを示している。つまり、図20のビット線は、図19のデバイス上に形成される。
【0168】
本例のデバイスは、上述の第3実施の形態(図13乃至図18)のデバイスと比較すると、メモリセル及びセレクトトランジスタの構造が異なっており、その他の点においては、全く同じになっている。即ち、本例では、メモリセル及びセレクトトランジスタを、シングルゲート型MOSトランジスタから構成するようにしている。
【0169】
以下、具体的なデバイス構造について説明する。
P型シリコン基板11内には、Nウエル領域12及びPウエル領域13が形成される。そして、メモリセル及びセレクトトランジスタは、P型ウエル領域13内に形成される。また、シリコン基板11には、素子分離のためのトレンチが形成され、そのトレンチ内に素子分離用絶縁材料(例えば、酸化シリコン)14が埋め込まれる。
【0170】
STI構造を得るためのトレンチは、カラム方向に途切れることなく、直線状に形成される(図14の(b)を参照)。つまり、素子分離領域(素子分離用絶縁材料)14は、メモリセルアレイ領域においては、完全に、ライン&スペース形状となっている。従って、素子分離領域及び素子領域の加工制御及び寸法制御の精度を向上させることができる。
【0171】
素子分離用絶縁材料14に挟まれた領域は、素子領域となる。素子領域におけるシリコン基板11(Pウエル領域13)上には、書き込み/消去時に微小なトンネル電流を流すことができるような薄いトンネル絶縁膜(例えば、酸化シリコン)15が形成される。トンネル絶縁膜15の厚さは、例えば、数nm程度に設定される。
【0172】
トンネル絶縁膜15上には、電荷保持用絶縁膜51が形成される。電荷保持用絶縁膜51は、例えば、数十nm程度の窒化シリコンから構成される。トンネル絶縁膜15と電荷保持用絶縁膜51の界面には、電荷トラップ準位が形成され、この電荷トラップ準位にトラップされた電荷の量によりメモリセルの状態が決定される。
【0173】
電荷保持用絶縁膜51上には、制御ゲート層(ワード線)52及びセレクトゲート線SG1,SG2が形成される。素子領域において、制御ゲート層52の直下のシリコン基板11の表面領域は、チャネル領域となっている。また、このチャネル領域の両側には、N型拡散層(ソース領域又はドレイン領域)19が形成される。セレクトゲート線SG1,SG2の直下のシリコン基板11の表面領域も、チャネル領域となっている。また、このチャネル領域の両側には、N型拡散層19,19s,19dが形成される。
【0174】
メモリセルの制御ゲート層(ワード線)18及びセレクトゲート線SG1,SG2は、共に、ロウ方向に延びている。メモリセル上には、メモリセルを覆う層間絶縁膜(例えば、酸化シリコン)31が形成される。層間絶縁膜31には、NANDストリングのドレイン拡散層19dに達するコンタクトホール(ビット線コンタクト)30が形成される。
【0175】
また、層間絶縁膜31には、NANDストリングのソース拡散層19sに達するコンタクトホール(ソース線コンタクト)40が形成される。
【0176】
コンタクトホール30,40は、共に、正方形ではなく、長方形になっている。本例では、コンタクトホール30,40のカラム方向(ビット線33が延びる方向)の幅Yhが、コンタクトホール30,40のロウ方向(ワード線18が延びる方向)の幅Xhよりも広くなっている。
【0177】
コンタクトホール30は、ロウ方向に一列に並んでおり、そのピッチXpitchは、コンタクトホール30のロウ方向の幅Xhとコンタクトホール30同士の間隔Xbに等しくなっている。同様に、コンタクトホール40は、ロウ方向に一列に並んでおり、そのピッチXpitchは、コンタクトホール40のロウ方向の幅Xhとコンタクトホール40同士の間隔Xbに等しくなっている。
【0178】
また、コンタクトホール30,40のピッチXpitchは、当然に、素子領域と素子分離領域の繰り返しピッチ(ビット線33のピッチ)Xi+Xeにも等しくなっている。コンタクトホール30,40の位置とソース/ドレイン拡散層19s、19dの位置を対応付けるためである。
【0179】
コンタクトホール30の大きさとコンタクトホール40の大きさは、加工制御性や信頼性を考慮すれば、互いに等しくなるように設定するのがよい。しかし、コンタクトホールの形状が長方形であれば、本発明の効果が得られるため、両者の大きさは、互いに異なっていてもよいことは言うまでもない。
【0180】
コンタクトホール30内には、導電材料から構成されるコンタクトプラグ32が埋め込まれている。同様に、コンタクトホール40内には、導電材料から構成されるコンタクトプラグ42が埋め込まれている。そして、層間絶縁膜31上には、NANDストリングのソース拡散層19sに電気的に接続される共通ソース線43が形成される。
【0181】
また、層間絶縁膜31上には、共通ソース線43を覆う層間絶縁膜(例えば、酸化シリコン)41が形成される。層間絶縁膜41には、コンタクトプラグ32に達するコンタクトホール44が形成される。
【0182】
コンタクトホール44についても、コンタクトホール30と同様に、長方形になっている。即ち、コンタクトホール44のカラム方向(ビット線33が延びる方向)の幅が、コンタクトホール44のロウ方向(ワード線18が延びる方向)の幅よりも広くなっている。
【0183】
コンタクトホール44は、メモリセル上に形成されるため、コンタクトホール44のカラム方向の幅については、特に、制限がない。従って、コンタクトホールの長辺(カラム方向の幅)を、コンタクトホール30のカラム方向の幅Yhよりも長くして、さらに細長いコンタクトホールとしてもよい。また、当然に、コンタクトホール44の大きさとコンタクトホール30の大きさを同じに設定してもよい。
【0184】
コンタクトホール44も、コンタクトホール30と同様に、ロウ方向に一列に並んでいるため、そのピッチは、コンタクトホール30のピッチXpitchに等しくなる。つまり、コンタクトホール44のロウ方向の幅及びコンタクトホール44同士の間隔は、コンタクトホール30のロウ方向の幅Xh及びコンタクトホール30同士の間隔Xbに等しくなる。
【0185】
コンタクトホール44内には、導電材料から構成されるコンタクトプラグ45が埋め込まれている。そして、層間絶縁膜41上には、ビット線33が形成される。ビット線33は、コンタクトプラグ32,45を介してメモリセルのドレイン拡散層19dに電気的に接続される。
【0186】
なお、本例においても、ドレイン拡散層19d上におけるコンタクトホール30とコンタクトホール44を、それぞれ異なる工程により別々に形成したが、これに代えて、同じ工程により同時に両コンタクトホールを1つのコンタクトホールとして形成してもよい。この場合、当然に、両コンタクトホール30,44の大きさは、同じになり、かつ、コンタクトプラグ32,45も、同時に形成され、1つのコンタクトプラグとして一体化される。
【0187】
図23及び図24は、図19乃至図22のデバイスを実際に製造した場合におけるコンタクトホール(ビット線コンタクト)30,40の形状を示している。
【0188】
即ち、メモリセルが微細化され、コンタクトホール(ビット線コンタクト)30及びコンタクトホール(ソース線コンタクト)40も微細化されてくると、コンタクトホール30,40を長方形にレイアウトした場合であっても、マスクとなるレジスト膜の形状が長方形の角が丸くなった形(楕円に近い形)になり、これをマスクにしてエッチングにより形成するコンタクトホール30,40の形状も長方形の角が丸くなった形になる場合がある。
【0189】
なお、本例は、単に、コンタクトホール30,40の形状が、長方形だけでなく、長方形の角が丸くなった形になる場合もあることを説明するものである。
【0190】
上述のように、本例のデバイスは、第3実施の形態におけるデバイスと比べると、メモリセル及びセレクトトランジスタの構造のみが異なっているものである。従って、本例のデバイスにおいても、当然に、上述の第3実施の形態のデバイスと同様の効果を得ることができる。
【0191】
[第5実施の形態]
図25乃至図30は、本発明の第5実施の形態に関わるNANDセル型不揮発性半導体記憶装置のメモリセルアレイを示している。図25及び図26は、メモリセルアレイの平面図であり、図27は、図25及び図26のXXVII−XXVII線に沿う断面図であり、図28は、図25及び図26のXXVIII−XXVIII線に沿う断面図である。
【0192】
なお、図面を分かり易くするため、図25では、ビット線が形成される配線層を省略し、図26では、ビット線が形成される配線層のみを示している。つまり、図26のビット線は、図25のデバイス上に形成される。
【0193】
本例のデバイスは、上述の第3実施の形態(図13乃至図18)のデバイスと比較すると、コンタクトホール30,40の製造工程において、コンタクトホール30,40のカラム方向の位置をセルフアラインにより決定するいわゆるセルフアラインコンタクト技術を適用した点に特徴を有している。
【0194】
以下、具体的なデバイス構造について説明する。
P型シリコン基板11内には、Nウエル領域12及びPウエル領域13が形成される。そして、メモリセル及びセレクトトランジスタは、P型ウエル領域13内に形成される。また、シリコン基板11には、素子分離のためのトレンチが形成され、そのトレンチ内に素子分離用絶縁材料(例えば、酸化シリコン)14が埋め込まれる。
【0195】
本例では、STI構造を得るためのトレンチは、カラム方向に途切れることなく、直線状に形成される(図14の(b)を参照)。つまり、素子分離領域(素子分離用絶縁材料)14は、メモリセルアレイ領域においては、完全に、ライン&スペース形状となり、素子分離領域及び素子領域の加工制御及び寸法制御の精度を向上させることができる。
【0196】
素子分離用絶縁材料14に挟まれた領域は、素子領域となる。素子領域におけるシリコン基板11(Pウエル領域13)上には、書き込み/消去時に微小なトンネル電流を流すことができるような薄いトンネル絶縁膜(例えば、酸化シリコン)15が形成される。
【0197】
トンネル絶縁膜15上には、電荷授受層16が形成される。電荷授受層16は、電気的に浮遊状態の導電層(例えば、不純物を含んだポリシリコン層)から構成される。
【0198】
電荷授受層16上には、ゲート間絶縁層17を介して、制御ゲート層18が形成される。電荷授受層16と制御ゲート層18は、容量結合されているため、制御ゲート層18の電位が変動すると、電荷授受層16の電位も変動する。
【0199】
電荷授受層16及び制御ゲート層18は、自己整合的に同時に加工されるため、制御ゲート層(ワード線)18が延びる方向(ロウ方向)に垂直な方向(カラム方向)の側端部が互いに一致している。また、電荷授受層16のロウ方向の側端部は、素子分離用絶縁材料14上に存在している。
【0200】
素子領域において、電荷授受層16の直下のシリコン基板11の表面領域は、チャネル領域となっている。また、チャネル領域の両側には、N型拡散層(ソース領域又はドレイン領域)19が形成される。
【0201】
セレクトトランジスタの構造は、メモリセルと同様に、スタックゲート構造を有している。しかし、セレクトトランジスタは、電荷授受層を有しておらず、例えば、上層ゲートと下層ゲートが互いに接続され、1つのゲート電極(セレクトゲート線)SG1,SG2として機能している。
【0202】
メモリセルの電荷授受層16及び制御ゲート層(ワード線)18並びにセレクトゲート線SG1,SG2は、層間絶縁膜(例えば、酸化シリコン)31に対してエッチング選択性を有する材料から構成される絶縁膜(例えば、窒化シリコン)60により覆われている。
【0203】
また、絶縁膜60上には、メモリセルを完全に覆う層間絶縁膜(例えば、酸化シリコン)31が形成される。そして、層間絶縁膜31には、NANDストリングのドレイン拡散層19dに達するコンタクトホール(ビット線コンタクト)30が形成される。また、層間絶縁膜31には、NANDストリングのソース拡散層19sに達するコンタクトホール(ソース線コンタクト)40が形成される。
【0204】
コンタクトホール30,40は、共に、正方形ではなく、長方形になっている。本例では、コンタクトホール30,40のカラム方向(ビット線33が延びる方向)の幅Yh1が、コンタクトホール30,40のロウ方向(ワード線18が延びる方向)の幅Xhよりも広くなっている。
【0205】
コンタクトホール30は、ロウ方向に一列に並んでおり、そのピッチXpitchは、コンタクトホール30のロウ方向の幅Xhとコンタクトホール30同士の間隔Xbに等しくなっている。同様に、コンタクトホール40は、ロウ方向に一列に並んでおり、そのピッチXpitchは、コンタクトホール40のロウ方向の幅Xhとコンタクトホール40同士の間隔Xbに等しくなっている。
【0206】
また、コンタクトホール30,40のピッチXpitchは、当然に、素子領域と素子分離領域の繰り返しピッチ(ビット線33のピッチ)Xi+Xeにも等しくなっている。コンタクトホール30,40の位置とソース/ドレイン拡散層19s、19dの位置を対応付けるためである。
【0207】
コンタクトホール30の大きさとコンタクトホール40の大きさは、加工制御性や信頼性を考慮すれば、互いに等しくなるように設定するのがよい。しかし、コンタクトホールの形状が長方形であれば、本発明の効果が得られるため、両者の大きさは、互いに異なっていてもよいことは言うまでもない。
【0208】
また、本例において重要な点は、コンタクトホール30,40のカラム方向の幅は、Yh1に設定されるが、セルフアラインコンタクト技術を採用しているため、コンタクトホール30,40の底部のカラム方向の幅Yh2は、Yh1よりも狭くなっている点にある(Yh1は、Xhよりも大きいことが必要であるが、Yh2は、Xhよりも大きくても、小さくても、又は等しくてもよい。)。
【0209】
つまり、本例によれば、Yh1をXhよりも十分に大きくすることにより、露光時の近接効果によるコンタクトホール30,40の寸法制御及び加工制御の精度を向上させると共に、ロウ方向のコンタクトホール30,40のピッチXpitchを狭くして、メモリセルアレイのロウ方向のサイズの縮小化に貢献することができる。
【0210】
さらに、本例では、セルフアラインコンタクト技術を採用しているため、コンタクトホール30,40の底部におけるカラム方向の幅Yh2は、Yh1よりも小さくなる。従って、ソース側のセレクトゲート線SG1同士の間隔を狭めることができ、メモリセルアレイのカラム方向のサイズの縮小化にも貢献することができる。
【0211】
なお、このようなセルフアラインコンタクト技術は、上述の第1、第2及び第4実施の形態のデバイスにも適用できることは言うまでもない。
【0212】
コンタクトホール30内には、導電材料から構成されるコンタクトプラグ32が埋め込まれている。同様に、コンタクトホール40内には、導電材料から構成されるコンタクトプラグ42が埋め込まれている。そして、層間絶縁膜31上には、NANDストリングのソース拡散層19sに電気的に接続される共通ソース線43が形成される。
【0213】
なお、共通ソース線43は、例えば、高融点金属(タングステンなど)、不純物を含んだポリシリコンや、これらをスタックした構造を有するものなどから構成される。
【0214】
また、層間絶縁膜31上には、共通ソース線43を覆う層間絶縁膜(例えば、酸化シリコン)41が形成される。層間絶縁膜41には、コンタクトプラグ32に達するコンタクトホール44が形成される。
【0215】
コンタクトホール44についても、コンタクトホール30と同様に、長方形になっている。即ち、コンタクトホール44のカラム方向(ビット線33が延びる方向)の幅が、コンタクトホール44のロウ方向(ワード線18が延びる方向)の幅よりも広くなっている。
【0216】
なお、コンタクトホール44に関しては、メモリセル上に形成されるため、コンタクトホール44のカラム方向の幅については、特に、制限がないことは、上述の第3及び第4実施の形態と同じである。
【0217】
コンタクトホール44内には、導電材料から構成されるコンタクトプラグ45が埋め込まれている。そして、層間絶縁膜41上には、ビット線33が形成される。ビット線33は、コンタクトプラグ32,45を介してメモリセルのドレイン拡散層19dに電気的に接続される。
【0218】
なお、本例では、ドレイン拡散層19d上におけるコンタクトホール30とコンタクトホール44を、それぞれ異なる工程により別々に形成したが、これに代えて、同じ工程により同時に両コンタクトホールを1つのコンタクトホールとして形成してもよい。この場合、当然に、両コンタクトホール30,44の大きさは、同じになり、かつ、コンタクトプラグ32,45も、同時に形成され、1つのコンタクトプラグとして一体化される。
【0219】
図29及び図30は、図25乃至図28のデバイスを実際に製造した場合におけるコンタクトホール(ビット線コンタクト)30,40の形状を示している。
【0220】
即ち、メモリセルが微細化され、コンタクトホール(ビット線コンタクト)30及びコンタクトホール(ソース線コンタクト)40も微細化されてくると、コンタクトホール30,40を長方形にレイアウトした場合であっても、マスクとなるレジスト膜の形状が長方形の角が丸くなった形(楕円に近い形)になり、これをマスクにしてエッチングにより形成するコンタクトホール30,40の形状も長方形の角が丸くなった形になる場合がある。
【0221】
なお、本例は、単に、コンタクトホール30,40の形状が、長方形だけでなく、長方形の角が丸くなった形になる場合もあることを説明するものである。
【0222】
本例のデバイスにおいても、上述した第1乃至第4の実施の形態のデバイスと同様の効果を得ることができる。
【0223】
さらに、本例では、セルフアラインコンタクト技術を採用しているため、コンタクトホール30,40の底部のカラム方向の幅Yh2は、コンタクトホール30,40の上部のカラム方向の幅Yh1よりも狭くなっている。
【0224】
つまり、本例によれば、Yh1をXhよりも十分に大きくすることにより、露光時の近接効果によるコンタクトホール30,40の寸法制御及び加工制御の精度を向上させると共に、ロウ方向のコンタクトホール30,40のピッチXpitchを狭くして、メモリセルアレイのロウ方向のサイズの縮小化に貢献することができる。
【0225】
また、本例では、コンタクトホール30,40の底部におけるカラム方向の幅Yh2が、コンタクトホール30,40の上部のカラム方向の幅Yh1よりも小さい。このため、ソース側のセレクトゲート線SG1同士の間隔を狭めることができ、メモリセルアレイのカラム方向のサイズの縮小化にも貢献できる。
【0226】
[XhとYhの関係について]
以上、本発明を、第1乃至第5実施の形態に基づいて説明した。本発明によれば、コンタクトホールを長方形(長方形の角を丸くした形状を含む。以下、同じ。)にすることで(Xh<Yh)、その短辺Xhを、正方形の場合に開けることができるコンタクトホールの一辺の長さよりも、短くすることが可能である。
【0227】
例えば、同一の露光技術を用いると仮定すると、実験的には、ライン&スペース形状(単純繰り返しパターン)における最小露光寸法が0.2μmの場合、正方形のコンタクトホールの最小露光寸法は、0.3μmとなる。
【0228】
従って、正方形の場合に開口可能な最小のホールサイズが0.3μmであっても、長方形(極限的には、ラインパターン)にすれば、開口可能な短辺のサイズは、最大で、0.2μm(正方形のホールサイズの約66%)まで狭めることができる。
【0229】
同様に、同一の露光技術を用いると仮定すると、実験的には、ライン&スペース形状(単純繰り返しパターン)における最小露光寸法が0.13μmの場合、正方形のコンタクトホールの最小露光寸法は、0.2μmとなる。
【0230】
従って、正方形の場合に開口可能な最小のホールサイズが0.2μmであっても、長方形(極限的には、ラインパターン)にすれば、開口可能な短辺のサイズは、最大で、0.13μm(正方形のホールサイズの約66%)まで狭めることができる。
【0231】
このように、本発明によれば、コンタクトホールを長方形にすることで、その短辺Xhを、最大で、正方形の場合に開口可能な最小のホールサイズの約66%(約2/3)に狭めることができる。これに伴い、コンタクトホールのピッチ、即ち、素子領域と素子分離領域の繰り返しパターンのピッチ(周期)も狭めることができるため、メモリセルアレイ領域の大幅な面積縮小を達成できる。
【0232】
つまり、ロウ方向(ワード線が延びる方向)について考えると、メモリセルアレイ領域の面積縮小の効果は、正方形のコンタクトホールの一辺の長さを約66%(約2/3倍)に縮めて、コンタクトホールの形状を、カラム方向(ビット線が延びる方向)に長い長方形にしたとき(コンタクトホールのカラム方向の一辺の長さは変えないものとする)、即ち、Yhが、Xhの約1.5倍(約3/2倍)になったときに最大となる。
【0233】
しかしながら、仮に、長方形のコンタクトホールの短辺Xhを、正方形の場合に開口可能な最小のホールサイズの約66%(約2/3倍)に狭めた場合に、その長辺Yhを、正方形の場合に開口可能な最小のホールサイズのまま(固定値)とすると、長方形の場合のコンタクト面積が、正方形の場合に比べて、約66%だけ減ることになり、結果として、長方形の場合のコンタクト抵抗が、正方形の場合のコンタクト抵抗の約1.5倍(約3/2倍)に増加する。
【0234】
そこで、短辺Xhが最小の値(ライン&スペース形状の最小露光寸法)になった後は、長辺Yhを、正方形の場合に開口可能な最小のホールサイズよりも大きくしていけば、コンタクト抵抗の増加を抑えることが可能である。
【0235】
例えば、正方形のコンタクトホールのロウ方向(X方向)のサイズのみを約66%(約2/3倍)に縮めると、コンタクト面積も、約66%(約2/3倍)に減少するため、コンタクト抵抗は、約3/2倍に上昇する。
【0236】
従って、正方形のコンタクトホールと同じコンタクト抵抗を維持するためには、コンタクトホールのカラム方向(Y方向)のサイズを約3/2倍に広げる必要がある。この時、Yhは、Xhの約2.25倍({3/2}/{2/3}={9/4}倍)になる。
【0237】
また、製造時の加工のばらつきのため、Yhを、Xhの2.25倍に完全に一致させることは難しい。そこで、このような製造時の加工のばらつきを考慮すると、Yhが、Xhの2倍以上、2.5倍以下のとき、コンタクト抵抗の増加なく、面積縮小の効果を最大限に発揮できることになる。
【0238】
ところで、コンタクトホールのカラム方向のサイズYhは、無限に大きくすることはできない(Yhが無限大になると、完全なライン&スペースとなる。)。現実的には(セルフアラインコンタクトも考慮)、Yhの最大値は、ライン&スペースの最小加工寸法(例えば、ワード線の幅に等しい)の3倍程度となると考えられる。
【0239】
ここで、Xhが、ライン&スペースの最小加工寸法に設定されていると仮定すると(例えば、素子領域の幅及び素子分離領域の幅も、この最小加工寸法に設定される)、Yhの最大値は、Xhの3倍となる。
【0240】
以上をまとめると、Yhは、Xhの1.5倍以上、3倍以下が現実的な範囲であり、かつ、Yhが、Xhの2倍以上、2.5倍以下のときに、コンタクト抵抗の増加なく、面積縮小の効果を最大限に発揮できることになる。
但し、カラム方向のチップサイズを無視し、かつ、チップレイアウト上、可能ならば、Yhが、Xhの3倍を超えても全く構わない。
【0241】
[その他]
本発明は、上述したようなNORセル型及びNANDセル型の不揮発性半導体記憶装置のみならず、特に、ビット線のピッチ(周期)又は素子領域と素子分離領域の繰り返しピッチ(周期)が0.5μm以下の不揮発性半導体記憶装置に適用する場合に効果が大きい。
【0242】
また、本発明は、ビット線のピッチ(又は素子領域と素子分離領域の繰り返しピッチ)と同じピッチで、コンタクトホール(ビット線コンタクト又はソース線コンタクト)を一列に並べるような不揮発性半導体記憶装置全般に適用可能である。
【0243】
また、本発明は、上述の実施の形態に示すように、コンタクトホールのロウ方向のサイズXhと素子領域のロウ方向のサイズXeが等しく、コンタクトホール同士の間隔Xbと素子分離領域のロウ方向のサイズXiが等しい場合のみならず、図31及び図32に示すように、コンタクトホールのロウ方向のサイズXhが素子領域のロウ方向のサイズXeよりも大きく、コンタクトホール同士の間隔Xbが素子分離領域のロウ方向のサイズXiよりも小さい場合にも適用できる。
【0244】
また、本発明は、コンタクトホールのロウ方向のサイズXhが素子領域のロウ方向のサイズXeよりも小さく、コンタクトホール同士の間隔Xbが素子分離領域のロウ方向のサイズXiよりも大きい場合にも適用できる。
本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で、種々の変形が可能である。
【0245】
【発明の効果】
以上、説明したように、本発明によれば、コンタクトホールを一定のピッチ(周期)で、一方向に、一列に並べる必要がある不揮発性半導体記憶装置において、そのコンタクトホールの形状を長方形又は長方形の角を丸くした形状とし、かつ、そのコンタクトホールの一方向(ロウ方向)の幅を、当該一方向に直交する方向(カラム方向)の幅よりも狭くしている。
【0246】
この場合、コンタクトホールの一方向の幅(短辺)は、正方形のコンタクトホールの最小加工寸法よりも狭くでき、最大で、ライン&スペースの最小加工寸法まで狭めることが可能になる。これにより、コンタクトホールの寸法制御及び加工制御の精度を維持しつつ、当該一方向におけるコンタクトホールのピッチを狭め、素子領域の縮小化、チップ面積の縮小化に貢献することができる。
【0247】
また、コンタクトホールの当該一方向に直交する方向の幅に関しては、特に、セルフアラインコンタクト技術を採用することにより、当該一方向に直交する方向の幅を大きくしても、コンタクトホールの寸法制御及び加工制御の精度を維持しつつ、当該一方向に直交する方向における素子領域の縮小化、チップ面積の縮小化を達成することができる。
【0248】
さらに、コンタクトホールの当該一方向に直交する方向の幅を、コンタクトホールの当該一方向の幅の1.5倍以上にすれば、面積縮小の効果に伴うコンタクト抵抗の増加という現象に対しても、上記面積縮小の効果を維持しつつ、コンタクト面積の増大により、コンタクト抵抗を低下させる、という対応策を講じることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施の形態に関わるNORセル型不揮発性半導体記憶装置のメモリセルアレイを示す平面図。
【図2】図1のデバイス上に形成されるビット線を示す平面図。
【図3】図1及び図2のIII−III線に沿う断面図。
【図4】図1及び図2のIV−IV線に沿う断面図。
【図5】図1及び図2のデバイスを実際に製造したときのコンタクトホールの形状を示す図。
【図6】図1及び図2のデバイスを実際に製造したときのコンタクトホールの形状を示す図。
【図7】本発明の第2実施の形態に関わるNANDセル型不揮発性半導体記憶装置のメモリセルアレイを示す平面図。
【図8】図7のデバイス上に形成されるビット線を示す平面図。
【図9】図7及び図8のIX−IX線に沿う断面図。
【図10】図7及び図8のX−X線に沿う断面図。
【図11】図7及び図8のデバイスを実際に製造したときのコンタクトホールの形状を示す図。
【図12】図7及び図8のデバイスを実際に製造したときのコンタクトホールの形状を示す図。
【図13】本発明の第3実施の形態に関わるNANDセル型不揮発性半導体記憶装置のメモリセルアレイを示す平面図。
【図14】図13のデバイスにおけるビット線及び素子分離領域を示す平面図。
【図15】図13及び図14のXV−XV線に沿う断面図。
【図16】図13及び図14のXVI−XVI線に沿う断面図。
【図17】図13及び図14のデバイスを実際に製造したときのコンタクトホールの形状を示す図。
【図18】図13及び図14のデバイスを実際に製造したときのコンタクトホールの形状を示す図。
【図19】本発明の第4実施の形態に関わるNANDセル型不揮発性半導体記憶装置のメモリセルアレイを示す平面図。
【図20】図19のデバイス上に形成されるビット線を示す平面図。
【図21】図19及び図20のXXI−XXI線に沿う断面図。
【図22】図19及び図20のXXII−XXII線に沿う断面図。
【図23】図19及び図20のデバイスを実際に製造したときのコンタクトホールの形状を示す図。
【図24】図19及び図20のデバイスを実際に製造したときのコンタクトホールの形状を示す図。
【図25】本発明の第5実施の形態に関わるNANDセル型不揮発性半導体記憶装置のメモリセルアレイを示す平面図。
【図26】図25のデバイス上に形成されるビット線を示す平面図。
【図27】図25及び図26のXXVII−XXVII線に沿う断面図。
【図28】図25及び図26のXXVIII−XXVIII線に沿う断面図。
【図29】図25及び図26のデバイスを実際に製造したときのコンタクトホールの形状を示す図。
【図30】図25及び図26のデバイスを実際に製造したときのコンタクトホールの形状を示す図。
【図31】本発明のNORセル型不揮発性半導体記憶装置のメモリセルアレイの変形例を示す平面図。
【図32】本発明のNANDセル型不揮発性半導体記憶装置のメモリセルアレイの変形例を示す平面図。
【図33】スタックゲート型メモリセルのデバイス構造を示す平面図。
【図34】図33のXXXIV−XXXIV線に沿う断面図。
【図35】図33のXXXV−XXXV線に沿う断面図。
【図36】シングルゲート型メモリセルのデバイス構造を示す平面図。
【図37】図36のXXXVII−XXXVII線に沿う断面図。
【図38】図36のXXXVIII−XXXVIII線に沿う断面図。
【図39】従来のNORセル型不揮発性半導体記憶装置のメモリセルアレイを示す平面図。
【図40】図39のデバイス上に形成されるビット線を示す平面図。
【図41】図39及び図40のXLI−XLI線に沿う断面図。
【図42】図39及び図40のXLII−XLII線に沿う断面図。
【図43】図39及び図40のデバイスを実際に製造したときのコンタクトホールの形状を示す図。
【図44】図39及び図40のデバイスを実際に製造したときのコンタクトホールの形状を示す図。
【図45】従来のNANDセル型不揮発性半導体記憶装置のメモリセルアレイを示す平面図。
【図46】図45のデバイス上に形成されるビット線を示す平面図。
【図47】図45及び図46のXLVII−XLVII線に沿う断面図。
【図48】図45及び図46のXLVIII−XLVIII線に沿う断面図。
【図49】図45及び図46のデバイスを実際に製造したときのコンタクトホールの形状を示す図。
【図50】図45及び図46のデバイスを実際に製造したときのコンタクトホールの形状を示す図。
【符号の説明】
11,21 :P型シリコン基板、
12,22 :N型ウエル領域、
13,23 :P型ウエル領域、
14,24 :素子分離用絶縁材料(素子分離領域)、
15,25 :トンネル絶縁膜、
16 :電荷授受層、
17 :ゲート間絶縁層、
18,27,52 :制御ゲート層、
19,28 :N型拡散層、
19d :ドレイン拡散層、
19s :ソース拡散層、
26 :電荷保持用絶縁膜、
30,44 :コンタクトホール(ビット線コンタクト)、
31,41 :層間絶縁膜、
32,42,45 :コンタクトプラグ、
33 :ビット線、
40 :コンタクトホール(ソース線コンタクト)、
43 :共通ソース線、
51 :電荷保持用絶縁膜。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a nonvolatile semiconductor memory device, and more particularly to improvement of a cell layout of a high-density and highly integrated nonvolatile semiconductor memory device.
[0002]
[Prior art]
Nonvolatile semiconductor memory devices capable of electrically rewriting data are widely used for high-speed ROM and mass storage. Further, the memory cell of the nonvolatile semiconductor memory device is generally composed of a MOS transistor. As the memory cell structure, a stack gate structure having a charge transfer layer and a control gate layer and a single gate structure including only the control gate layer are generally used.
[0003]
33 to 35 show an example of a memory cell having a stack gate structure. 33 is a plan view of the memory cell, FIG. 34 is a cross-sectional view taken along line XXXIV-XXXIV in FIG. 33, and FIG. 35 is a cross-sectional view taken along line XXXV-XXXV in FIG.
[0004]
In this example, the memory cell is composed of an N-channel MOS transistor. In this case, the memory cell is formed in a P-type silicon substrate or a P-type well region. In this example, the memory cell is formed in a P-type well region.
[0005]
Specifically, an N well region 12 and a P well region 13 are formed in the P type silicon substrate 11. In addition, a trench for element isolation is formed in the silicon substrate 11, and an element isolation insulating material (for example, silicon oxide) 14 is embedded in the trench.
[0006]
A region sandwiched between the element isolation insulating materials 14 is an element region. On the silicon substrate 11 (P well region 13) in the element region, a thin tunnel insulating film (for example, silicon oxide) 15 capable of flowing a minute tunnel current at the time of writing / erasing is formed.
[0007]
A charge transfer layer 16 is formed on the tunnel insulating film 15. The charge transfer layer 16 is composed of an electrically floating conductive layer (for example, a polysilicon layer containing impurities).
[0008]
A control gate layer 18 is formed on the charge transfer layer 16 via an intergate insulating layer 17. Since the charge transfer layer 16 and the control gate layer 18 are capacitively coupled, when the potential of the control gate layer 18 varies, the potential of the charge transfer layer 16 also varies.
[0009]
Since the charge transfer layer 16 and the control gate layer 18 are simultaneously processed in a self-aligning manner, the side edges in the direction (column direction) perpendicular to the direction (row direction) in which the control gate layer (word line) 18 extends are mutually aligned. Match. Further, the side end in the row direction of the charge transfer layer 16 exists on the element isolation insulating material 14.
[0010]
In the element region, the surface region of the silicon substrate 11 immediately below the charge transfer layer 16 is a channel region. Further, N-type diffusion layers (source region or drain region) 19 are formed on both sides of the channel region.
[0011]
In the memory cell having the stack gate structure described above, the data of the memory cell is determined by the amount of charge in the charge transfer layer 16. That is, the threshold value of the memory cell increases as the negative charge (electrons) in the charge transfer layer 16 increases, and decreases as the positive charge (holes) in the charge transfer layer 16 increases.
[0012]
A state where there are many negative charges in the charge transfer layer 16 is called a write state, and a state where there are many positive charges in the charge transfer layer 16 is called an erase state.
[0013]
The amount of charge in the charge transfer layer 16 can be adjusted by passing a tunnel current through the tunnel insulating film 15 during the write / erase operation. Whether or not a tunnel current flows is determined by a voltage applied between the control gate layer (charge transfer layer) and the channel. That is, when a high voltage is applied to the tunnel insulating film 15, a tunnel current flows.
[0014]
For example, when a high voltage is applied to the tunnel insulating film 15 and the channel potential is higher than the potential of the charge transfer layer, the tunnel current flows from the channel toward the charge transfer layer. When a high voltage is applied to the tunnel insulating film 15 and the potential of the charge transfer layer is higher than the potential of the channel, the tunnel current flows from the charge transfer layer toward the channel.
[0015]
36 to 38 show an example of a memory cell having a single gate structure. 36 is a plan view of the memory cell, FIG. 37 is a cross-sectional view taken along line XXXVII-XXXVII in FIG. 36, and FIG. 38 is a cross-sectional view taken along line XXXVIII-XXXVIII in FIG.
[0016]
Also in this example, the memory cell is composed of an N-channel MOS transistor. In this case, the memory cell is formed in a P-type silicon substrate or a P-type well region. However, in this example, the memory cell is formed in the P-type well region.
[0017]
Specifically, an N well region 22 and a P well region 23 are formed in the P type silicon substrate 21. In addition, a trench for element isolation is formed in the silicon substrate 21, and an element isolation insulating material (for example, silicon oxide) 24 is embedded in the trench.
[0018]
A region sandwiched between the element isolation insulating materials 24 is an element region. A thin tunnel insulating film (for example, silicon oxide) 25 is formed on the silicon substrate 21 (P well region 23) in the element region so that a minute tunnel current can flow during writing / erasing.
[0019]
On the tunnel insulating film 25, a charge holding insulating layer 26 is formed for holding charges and suppressing charge loss. The charge retention insulating layer 26 is composed of, for example, a stack of a plurality of insulating materials.
[0020]
A control gate layer 27 is formed on the charge retention insulating layer 26. In the element region, the surface region of the silicon substrate 21 immediately below the control gate layer 27 is a channel region. Further, N-type diffusion layers (source region or drain region) 28 are formed on both sides of the channel region.
[0021]
In the memory cell having the above-described single gate structure, the data of the memory cell is determined by the amount of charges trapped at the charge trap level formed at the interface between the tunnel insulating film 25 and the charge holding insulating layer 26. That is, the threshold value of the memory cell increases as the number of negative charges (electrons) trapped in the charge trap level increases, and decreases as the number of positive charges (holes) trapped in the charge trap level increases. .
[0022]
A state where there are many negative charges trapped in the charge trap level is called a write state, and a state where there are many positive charges trapped in the charge trap level is called an erase state.
[0023]
The amount of charges at the charge trap level formed at the interface between the tunnel insulating film 25 and the charge holding insulating layer 26 can be adjusted by flowing a tunnel current through the tunnel insulating film 25 during the write / erase operation. Whether or not a tunnel current flows is determined by a voltage applied between the control gate layer and the channel. That is, when a high voltage is applied to the tunnel insulating film 25, a tunnel current flows.
[0024]
For example, when a high voltage is applied to the tunnel insulating film 25 and the channel potential is higher than the potential of the control gate layer, the tunnel current flows from the channel toward the charge retention insulating layer. In addition, when a high voltage is applied to the tunnel insulating film 25 and the potential of the control gate layer is higher than the channel potential, the tunnel current flows from the charge holding insulating layer toward the channel.
[0025]
In the single-gate memory cell, a charge transfer insulating layer is provided between the tunnel insulating film 25 and the charge holding insulating layer 26, and the state (data) of the memory cell is trapped in the charge transfer insulating layer. The amount of charge may be determined.
[0026]
39 to 42 show a memory cell array of a NOR cell type nonvolatile semiconductor memory device. 39 and 40 are plan views of the memory cell array, FIG. 41 is a cross-sectional view taken along line XLI-XLI in FIGS. 39 and 40, and FIG. 42 is a line XLII-XLII in FIGS. 39 and 40. FIG.
[0027]
For easy understanding of the drawing, FIG. 39 omits the wiring layer in which the bit line is formed, and FIG. 40 shows only the wiring layer in which the bit line is formed. That is, the bit line of FIG. 40 is formed on the device of FIG.
[0028]
In this example, a case in which a memory cell array is configured using memory cells having a stack gate structure will be described. However, a similar layout can be adopted even for a memory cell having a single gate structure.
[0029]
The structure of the memory cell has been described with reference to FIGS.
[0030]
The control gate layer (word line) 18 of the memory cell extends in the row direction. On the memory cell, an interlayer insulating film (for example, silicon oxide) 31 covering the memory cell is formed. In the interlayer insulating film 31, a contact hole (bit line contact) 30 reaching the drain diffusion layer 19d of the memory cell is formed.
[0031]
A contact plug 32 made of a conductive material is embedded in the contact hole 30. A bit line 33 is formed on the interlayer insulating film 31. The bit line 33 is electrically connected to the drain diffusion layer 19d of the memory cell via the contact plug 32.
[0032]
The bit line 33 extends in the column direction. That is, the control gate layer 18 and the bit line 33 are arranged so as to cross each other vertically or substantially vertically. One memory cell is arranged at the intersection of the control gate layer 18 and the bit line 33.
[0033]
The drain diffusion layer 19d is shared by two memory cells in the column direction, and is independent of the memory cells in the row direction. The source diffusion layer 19s extends in the row direction and serves as a common source line. Therefore, the source diffusion layer 19s is shared by two memory cells in the column direction, and is shared by a plurality of memory cells in the row direction adjacent to the source diffusion layer 19s.
[0034]
Further, the element isolation insulating material 14 is not formed in the region where the source diffusion layer 19s is formed. That is, the element isolation region (element isolation insulating material) 14 is formed to extend in the column direction, but is interrupted at the source diffusion layer 19s. The drain diffusion layers 19 d of the memory cells existing in one column are electrically connected to each other by the bit line 33.
[0035]
43 and 44 show the shapes of contact holes (bit line contacts) when the devices of FIGS. 39 to 42 are actually manufactured.
[0036]
That is, when the memory cell is miniaturized and the contact hole (bit line contact) is also miniaturized, even if the contact hole is laid out in a square shape, the shape of the resist film serving as a mask becomes circular. In some cases, the shape of the contact hole formed by etching using as a mask is also circular.
[0037]
This example merely explains that the shape of the contact hole is not limited to a square but may be a circle.
[0038]
45 to 48 show a memory cell array of the NAND cell type nonvolatile semiconductor memory device. 45 and 46 are plan views of the memory cell array, FIG. 47 is a cross-sectional view taken along line XLVII-XLVII in FIGS. 45 and 46, and FIG. 48 is a line XLVIII-XLVIII in FIGS. 45 and 46. FIG.
[0039]
For easy understanding of the drawing, FIG. 45 omits the wiring layer in which the bit line is formed, and FIG. 46 shows only the wiring layer in which the bit line is formed. That is, the bit line of FIG. 46 is formed on the device of FIG.
[0040]
In this example, a case in which a memory cell array is configured using memory cells having a stack gate structure will be described. However, a similar layout can be adopted even for a memory cell having a single gate structure.
[0041]
A NAND cell type memory cell array has a structure in which a plurality of NAND strings (or NAND cell units) are connected to a bit line. One NAND string includes a plurality of memory cells connected in series and two select transistors connected to both ends of each memory cell.
[0042]
The structure of the memory cell has been described with reference to FIGS. The structure of the select transistor has a stack gate structure as in the memory cell. However, the select transistor does not have a charge transfer layer. For example, an upper gate and a lower gate are connected to each other and function as one gate electrode (select gate line) SG1, SG2.
[0043]
Both the control gate layer (word line) 18 and select gate lines SG1, SG2 of the memory cell extend in the row direction. On the memory cell, an interlayer insulating film (for example, silicon oxide) 31 covering the memory cell is formed. In the interlayer insulating film 31, a contact hole (bit line contact) 30 reaching the drain diffusion layer 19d of the memory cell is formed.
[0044]
A contact plug 32 made of a conductive material is embedded in the contact hole 30. A bit line 33 is formed on the interlayer insulating film 31. The bit line 33 is electrically connected to the drain diffusion layer 19d of the memory cell via the contact plug 32.
[0045]
The bit line 33 extends in the column direction. That is, the control gate layer 18 and the bit line 33 are arranged so as to cross each other vertically or substantially vertically. One memory cell is arranged at the intersection of the control gate layer 18 and the bit line 33.
[0046]
In the NAND string, two adjacent transistors (memory cell and select transistor) share one diffusion layer 19. In addition, the drain diffusion layer 19d closest to the bit line 33 in the NAND string is shared by two NAND strings in the column direction and independent of the NAND string in the row direction. The source diffusion layer 19s extends in the row direction and serves as a common source line. Accordingly, the source diffusion layer 19s is shared by two NAND strings in the column direction, and is also shared by a plurality of NAND strings in the row direction adjacent to the source diffusion layer 19s.
[0047]
Further, the element isolation insulating material 14 is not formed in the region where the source diffusion layer 19s is formed. That is, the element isolation region (element isolation insulating material) 14 is formed to extend in the column direction, but is interrupted at the source diffusion layer 19s. In addition, the drain diffusion layers 19 d of the NAND strings existing in one column are electrically connected to each other by the bit line 33.
[0048]
49 and 50 show the shapes of contact holes (bit line contacts) when the devices of FIGS. 45 to 48 are actually manufactured.
[0049]
That is, when the memory cell is miniaturized and the contact hole (bit line contact) is also miniaturized, even if the contact hole is laid out in a square shape, the shape of the resist film serving as a mask becomes circular. In some cases, the shape of the contact hole formed by etching using as a mask is also circular.
[0050]
This example merely explains that the shape of the contact hole is not limited to a square but may be a circle.
[0051]
[Problems to be solved by the invention]
Although the NOR cell type and NAND cell type nonvolatile semiconductor memory devices have been described above, the contact holes (bit line contacts) 30 are arranged in a row in the row direction in any structure.
[0052]
This is because the memory cells can be laid out with the highest density when the element regions and the element isolation regions alternately arranged in the row direction extend in the column direction and the control gate layer extends in the row direction orthogonal to the element region. Because it is considered. That is, when such a layout is adopted, the contact holes (bit line contacts) 30 are necessarily arranged in a row in the row direction.
[0053]
In this case, as shown in FIGS. 39, 40, 45 and 46, the contact holes (bit line contacts) 30 are arranged at regular intervals with a constant pitch (or a constant cycle) Xpitch. The constant pitch Xpitch is equal to the repetitive pitch (or repetitive period) Xi + Xe between the element regions and the element isolation regions alternately arranged in the row direction. This is because the contact hole and the cell drain will gradually shift if they are not at the same pitch.
[0054]
Here, element regions and element isolation regions alternately arranged in the row direction are formed by repeating so-called lines (element regions, ie, the silicon substrate 11) and spaces (element isolation regions, ie, STI (Shallow Trench Isolation)). The repetition pitch (or repetition period) Xi + Xe can be narrowed according to the performance of the exposure apparatus and the processing technique.
[0055]
The contact hole (bit line contact) 30 is made of silicon dioxide (SiO 2). 2 ) Or the like is formed by opening a hole (hole). If the diameter of the hole itself is small, it cannot be opened well, and if the diameter is large, the interval between adjacent holes is narrowed and cannot be processed well.
[0056]
Therefore, unlike the line & space repetition cycle determined by the exposure processing technique, the pitch Xpitch of the contact holes (bit line contacts) 30 is not determined only by the exposure processing technique, but the size of the contact hole 30 itself. The distance between the contact holes 30 is also determined.
[0057]
Further, the shape of the contact hole (bit line contact) 30 is set to a square (may be circular after manufacture). Further, it is known that a square hole is more difficult to miniaturize than a line and space in terms of processing technology. That is, even if the memory cell size is reduced and the repetition pitch Xi + Xe between the element region and the element isolation region can be reduced, the contact hole 30 itself cannot be reduced. As a result, the contact hole ( The pitch Xpitch (repetitive pitch Xi + Xe between the element region and the element isolation region) 30 of the bit line contact) 30 cannot be reduced.
[0058]
Thus, conventionally, since the contact hole (in particular, the bit line contact) is square, it is difficult to make the contact hole fine. For this reason, the repetition pitch (equal to the bit line pitch) Xi + Xe between the element region and the element isolation region is limited to the contact hole pitch Xpitch, and there is a problem that the memory cell cannot be densified.
[0059]
The present invention has been made to solve the above-described drawbacks, and its purpose is to devise the shape of the contact hole, so that the pitch of the contact hole, that is, the repetition pitch of the element region and the element isolation region (bit line pitch). In other words, the memory cell can be increased in density, capacity, and cost.
[0060]
[Means for Solving the Problems]
The nonvolatile semiconductor memory device of the present invention includes an element region and an element isolation region that are repeatedly arranged in one direction at a constant period, a memory cell formed in the element region, and the same period in the one direction. A contact hole arranged periodically, and a wiring for transmitting and receiving data to and from the memory cell through the contact hole. At the top The width in the other direction perpendicular to the one direction is the width of the contact hole. At the top Wider than the width in one direction When the width in the other direction at the top of the contact hole is Y1, and the width in the other direction at the bottom of the contact hole is Y2, Y1> Y2, and the width in the other direction at the top of the contact hole. And the width in the other direction at the bottom of the contact hole changes discontinuously. .
[0074]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the nonvolatile semiconductor memory device of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0075]
[First embodiment]
1 to 4 show a memory cell array of a NOR cell type nonvolatile semiconductor memory device according to the first embodiment of the present invention. 1 and 2 are plan views of the memory cell array, FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line III-III in FIGS. 1 and 2, and FIG. 4 is a line IV-IV in FIGS. FIG.
[0076]
For easy understanding of the drawing, FIG. 1 omits a wiring layer in which a bit line is formed, and FIG. 2 shows only a wiring layer in which a bit line is formed. That is, the bit line of FIG. 2 is formed on the device of FIG.
[0077]
In this example, a case where a memory cell array is configured using memory cells having a stacked gate structure will be described. However, it goes without saying that the present invention can also be applied to a memory cell having a single gate structure. In this example, it is assumed that the memory cell is composed of an N channel type MOS transistor.
[0078]
Hereinafter, a specific device structure will be described.
An N well region 12 and a P well region 13 are formed in the P type silicon substrate 11. The memory cell is formed in the P-type well region 13. However, the memory cell may be formed in the silicon substrate 11. In addition, a trench for element isolation is formed in the silicon substrate 11, and an element isolation insulating material (for example, silicon oxide) 14 is embedded in the trench.
[0079]
A region sandwiched between the element isolation insulating materials 14 is an element region. On the silicon substrate 11 (P well region 13) in the element region, a thin tunnel insulating film (for example, silicon oxide) 15 capable of flowing a minute tunnel current at the time of writing / erasing is formed.
[0080]
A charge transfer layer 16 is formed on the tunnel insulating film 15. The charge transfer layer 16 is composed of an electrically floating conductive layer (for example, a polysilicon layer containing impurities).
[0081]
A control gate layer 18 is formed on the charge transfer layer 16 via an intergate insulating layer 17. Since the charge transfer layer 16 and the control gate layer 18 are capacitively coupled, when the potential of the control gate layer 18 varies, the potential of the charge transfer layer 16 also varies.
[0082]
Since the charge transfer layer 16 and the control gate layer 18 are simultaneously processed in a self-aligning manner, the side edges in the direction (column direction) perpendicular to the direction (row direction) in which the control gate layer (word line) 18 extends are mutually aligned. Match. Further, the side end in the row direction of the charge transfer layer 16 exists on the element isolation insulating material 14.
[0083]
In the element region, the surface region of the silicon substrate 11 immediately below the charge transfer layer 16 is a channel region. A source diffusion layer 19s and a drain diffusion layer 19d are formed on both sides of the channel region.
[0084]
The control gate layer (word line) 18 of the memory cell extends in the row direction. On the memory cell, an interlayer insulating film (for example, silicon oxide) 31 covering the memory cell is formed. In the interlayer insulating film 31, a contact hole (bit line contact) 30 reaching the drain diffusion layer 19d of the memory cell is formed.
[0085]
The contact hole 30 is not a square but a rectangle. In this example, the width Yh of the contact hole 30 in the column direction (direction in which the bit line 33 extends) is wider than the width Xh of the contact hole 30 in the row direction (direction in which the word line 18 extends).
[0086]
The contact holes 30 are arranged in a row in the row direction, and the pitch Xpitch thereof is equal to the width Xh of the contact holes 30 in the row direction and the interval Xb between the contact holes 30. Further, the pitch Xpitch of the contact holes 30 is naturally equal to the repetitive pitch (pitch of the bit line 33) Xi + Xe between the element region and the element isolation region.
[0087]
A contact plug 32 made of a conductive material is embedded in the contact hole 30. A bit line 33 is formed on the interlayer insulating film 31. The bit line 33 is electrically connected to the drain diffusion layer 19d of the memory cell via the contact plug 32.
[0088]
The bit line 33 extends in the column direction. That is, the control gate layer 18 and the bit line 33 are arranged so as to cross each other vertically or substantially vertically. One memory cell is arranged at the intersection of the control gate layer 18 and the bit line 33.
[0089]
Further, the drain diffusion layer 19d is shared by two memory cells in the column direction, and is independent of the memory cells in the row direction. The source diffusion layer 19s extends in the row direction and serves as a common source line. Therefore, the source diffusion layer 19s is shared by two memory cells in the column direction, and is shared by a plurality of memory cells in the row direction adjacent to the source diffusion layer 19s.
[0090]
Further, the element isolation insulating material 14 is not formed in the region where the source diffusion layer 19s is formed. That is, the element isolation region (element isolation insulating material) 14 is formed to extend in the column direction, but is interrupted at the source diffusion layer 19s. The drain diffusion layers 19 d of the memory cells existing in one column are electrically connected to each other by the bit line 33.
[0091]
5 and 6 show the shape of the contact hole (bit line contact) 30 when the device of FIGS. 1 to 4 is actually manufactured.
[0092]
That is, when a memory cell is miniaturized and a contact hole (bit line contact) is also miniaturized, the shape of the resist film serving as a mask is rounded at a rectangular corner even when the contact hole is laid out in a rectangle. In some cases, the shape of the contact hole formed by etching using this as a mask is also a shape in which the corners of the rectangle are rounded.
[0093]
This example merely explains that the shape of the contact hole is not limited to a rectangle, but may be a shape in which the corners of the rectangle are rounded.
[0094]
As shown in FIGS. 1 to 6, the feature of the present invention is the shape of a contact hole (bit line contact) 30. In other words, in the present invention, the width Yh of the contact hole 30 in the column direction (the direction in which the bit line 33 extends) is wider than the width Xh of the contact hole 30 in the row direction (the direction in which the word line 18 extends).
[0095]
In general, regarding the light exposure technology, when forming a hole (for example, contact hole) resist pattern, the amount of light (exposure required for exposing the resist is higher than when forming a line & space resist pattern. The exposure condition for obtaining the optimum dimension becomes very strict.
[0096]
For example, when the pitch Xpitch of the contact holes (bit line contacts) 30 is very short, if the exposure amount is increased, the adjacent contact holes 30 are likely to be short-circuited, and conversely, if the exposure amount is reduced, sufficient exposure is achieved. Is not performed and a hole is not formed.
[0097]
On the other hand, when a line-and-space-shaped resist pattern is formed, a so-called proximity effect occurs. Therefore, the amount of light (exposure amount) necessary for exposing the resist is the same as when forming a hole-shaped resist pattern. Less than. That is, under the same conditions, the line & space shape can be made finer than the hole shape.
[0098]
The present invention pays attention to this point, and the contact hole 30, which has been square (or circular) in the past, is formed into a rectangle (or a shape in which the corners of the rectangle are rounded). It is intended to improve the processing margin.
[0099]
Specifically, in the case of a nonvolatile semiconductor memory device, the contact holes (bit line contacts) 30 are arranged in a row in the row direction (the direction in which the word lines 18 extend), so the width Xh of the contact holes 30 in the row direction. And the width Yh in the column direction of the contact hole 30 is made longer than the width Xh in the row direction. As a result, the pitch Xpitch of the contact holes 30 can be reduced, and at the same time, the width Xe of the element region and the width Xi of the element isolation region can be reduced to the minimum processing dimension of the line and space.
[0100]
That is, conventionally, the line & space pitch Xe + Xi is limited to the diameter of the contact hole 30 and the distance between the contact holes 30, and the line & space pitch Xe + Xi cannot be reduced to the minimum processing dimension. On the other hand, according to the present invention, the line & space pitch Xe + Xi is not limited by the diameter of the contact hole 30 and the distance between the contact holes 30, and the line & space pitch Xe + Xi can be reduced to the minimum processing size.
[0101]
Further, even if the width Xh in the row direction of the contact hole 30 is shortened, if the width Yh in the column direction is increased, the contact area is not reduced compared to the conventional square contact hole, and the contact resistance is also reduced. It can be kept low.
[0102]
[Second Embodiment]
7 to 10 show a memory cell array of a NAND cell type nonvolatile semiconductor memory device according to the second embodiment of the present invention. 7 and 8 are plan views of the memory cell array, FIG. 9 is a cross-sectional view taken along line IX-IX in FIGS. 7 and 8, and FIG. 10 is a cross-sectional view taken along line XX in FIGS. FIG.
[0103]
For easy understanding of the drawing, FIG. 7 omits the wiring layer in which the bit line is formed, and FIG. 8 shows only the wiring layer in which the bit line is formed. That is, the bit line of FIG. 8 is formed on the device of FIG.
[0104]
In this example, a case where a memory cell array is configured using a memory cell having a stack gate structure will be described. However, it goes without saying that the present invention can be applied to a memory cell having a single gate structure.
[0105]
A NAND cell type memory cell array has a structure in which a plurality of NAND strings (or NAND cell units) are connected to a bit line. One NAND string includes a plurality of memory cells connected in series and two select transistors connected to both ends of each memory cell.
[0106]
Hereinafter, a specific device structure will be described.
An N well region 12 and a P well region 13 are formed in the P type silicon substrate 11. The memory cell and the select transistor are formed in the P-type well region 13. However, the memory cell and the select transistor may be formed in the silicon substrate 11. In addition, a trench for element isolation is formed in the silicon substrate 11, and an element isolation insulating material (for example, silicon oxide) 14 is embedded in the trench.
[0107]
A region sandwiched between the element isolation insulating materials 14 is an element region. On the silicon substrate 11 (P well region 13) in the element region, a thin tunnel insulating film (for example, silicon oxide) 15 capable of flowing a minute tunnel current at the time of writing / erasing is formed.
[0108]
A charge transfer layer 16 is formed on the tunnel insulating film 15. The charge transfer layer 16 is composed of an electrically floating conductive layer (for example, a polysilicon layer containing impurities).
[0109]
A control gate layer 18 is formed on the charge transfer layer 16 via an intergate insulating layer 17. Since the charge transfer layer 16 and the control gate layer 18 are capacitively coupled, when the potential of the control gate layer 18 varies, the potential of the charge transfer layer 16 also varies.
[0110]
Since the charge transfer layer 16 and the control gate layer 18 are simultaneously processed in a self-aligning manner, the side edges in the direction (column direction) perpendicular to the direction (row direction) in which the control gate layer (word line) 18 extends are mutually aligned. Match. Further, the side end in the row direction of the charge transfer layer 16 exists on the element isolation insulating material 14.
[0111]
In the element region, the surface region of the silicon substrate 11 immediately below the charge transfer layer 16 is a channel region. Further, N-type diffusion layers (source region or drain region) 19 are formed on both sides of the channel region.
[0112]
The structure of the select transistor has a stack gate structure as in the memory cell. However, the select transistor does not have a charge transfer layer. For example, an upper gate and a lower gate are connected to each other and function as one gate electrode (select gate line) SG1, SG2.
[0113]
Both the control gate layer (word line) 18 and select gate lines SG1, SG2 of the memory cell extend in the row direction. On the memory cell, an interlayer insulating film (for example, silicon oxide) 31 covering the memory cell is formed. In the interlayer insulating film 31, a contact hole (bit line contact) 30 reaching the drain diffusion layer 19d of the NAND string is formed.
[0114]
The contact hole 30 is not a square but a rectangle. In this example, the width Yh of the contact hole 30 in the column direction (direction in which the bit line 33 extends) is wider than the width Xh of the contact hole 30 in the row direction (direction in which the word line 18 extends).
[0115]
The contact holes 30 are arranged in a row in the row direction, and the pitch Xpitch thereof is equal to the width Xh of the contact holes 30 in the row direction and the interval Xb between the contact holes 30. Further, the pitch Xpitch of the contact holes 30 is naturally equal to the repetitive pitch (pitch of the bit line 33) Xi + Xe between the element region and the element isolation region.
[0116]
A contact plug 32 made of a conductive material is embedded in the contact hole 30. A bit line 33 is formed on the interlayer insulating film 31. The bit line 33 is electrically connected to the drain diffusion layer 19d of the memory cell via the contact plug 32.
[0117]
The bit line 33 extends in the column direction. That is, the control gate layer 18 and the bit line 33 are arranged so as to cross each other vertically or substantially vertically. One memory cell is arranged at the intersection of the control gate layer 18 and the bit line 33.
[0118]
In the NAND string, two adjacent transistors (memory cell and select transistor) share one diffusion layer 19. In addition, the drain diffusion layer 19d closest to the bit line 33 in the NAND string is shared by two NAND strings in the column direction and independent of the NAND string in the row direction. The source diffusion layer 19s extends in the row direction and serves as a common source line. Accordingly, the source diffusion layer 19s is shared by two NAND strings in the column direction, and is also shared by a plurality of NAND strings in the row direction adjacent to the source diffusion layer 19s.
[0119]
Further, the element isolation insulating material 14 is not formed in the region where the source diffusion layer 19s is formed. That is, the element isolation region (element isolation insulating material) 14 is formed to extend in the column direction, but is interrupted at the source diffusion layer 19s. In addition, the drain diffusion layers 19 d of the NAND strings existing in one column are electrically connected to each other by the bit line 33.
[0120]
11 and 12 show the shape of the contact hole (bit line contact) 30 when the devices of FIGS. 7 to 10 are actually manufactured.
[0121]
That is, when a memory cell is miniaturized and a contact hole (bit line contact) is also miniaturized, the shape of the resist film serving as a mask is rounded at a rectangular corner even when the contact hole is laid out in a rectangle. In some cases, the shape of the contact hole formed by etching using this as a mask is also a shape in which the corners of the rectangle are rounded.
[0122]
This example merely explains that the shape of the contact hole is not limited to a rectangle, but may be a shape in which the corners of the rectangle are rounded.
[0123]
Also in the device of this example, the width Yh of the contact hole (bit line contact) 30 in the column direction (direction in which the bit line 33 extends) is larger than the width Xh of the contact hole 30 in the row direction (direction in which the word line 18 extends). It is getting wider. Accordingly, in this example as well, as described in the first embodiment, the contact hole 30 is formed into a rectangle (or a shape with rounded corners), so that the characteristics of the line and space shape, that is, Thus, the processing margin can be improved by the proximity effect.
[0124]
That is, since the contact holes (bit line contacts) 30 are arranged in a row in the row direction (the direction in which the word lines 18 extend), the width Xh of the contact hole 30 in the row direction is shortened and the contact holes 30 in the column direction are arranged. The width Yh is made longer than the width Xh in the row direction. As a result, the pitch Xpitch of the contact holes 30 can be reduced, and at the same time, the width Xe of the element region and the width Xi of the element isolation region can be reduced to the minimum processing dimension of the line and space.
[0125]
Further, even if the width Xh in the row direction of the contact hole 30 is shortened, if the width Yh in the column direction is increased, the contact area is not reduced compared to the conventional square contact hole, and the contact resistance is also reduced. It can be kept low.
[0126]
In this example, the memory cell array has a NAND cell structure. In the NAND cell structure, one contact hole (bit line contact) 30 is provided for one NAND string, and one NAND string is composed of a plurality of memory cells connected in series in the column direction. That is, the memory cell array having the NAND cell structure can reduce the number of contact holes provided in the column direction as compared with the memory cell array having the NOR cell structure.
[0127]
In the present invention, in order to reduce the width Xh of the contact hole 30 in the row direction and increase the width Yh of the contact hole 30 in the column direction, the number of contact holes provided in the column direction is reduced. This means that the increase in the area of the memory cell array by increasing the width Yh in the column direction is reduced. That is, the effect of reducing the area of the memory cell array by reducing the width Xh of the contact hole 30 in the row direction becomes significant.
[0128]
As described above, when the present invention is applied to a NAND cell type nonvolatile semiconductor memory device, the effects of the present invention are remarkably exhibited. Even if the NOR cell type shown in the first embodiment is used, the effect of area reduction can be obtained, but further, by applying the arrangement of the memory cell and the process device (self-alignment contact) described later, The effect can be increased.
[0129]
[Third Embodiment]
13 to 16 show a memory cell array of a NAND cell type nonvolatile semiconductor memory device according to the third embodiment of the present invention. 13 and 14 are plan views of the memory cell array, FIG. 15 is a cross-sectional view taken along line XV-XV in FIGS. 13 and 14, and FIG. 16 is a line XVI-XVI in FIGS. FIG.
[0130]
For easy understanding of the drawing, the wiring layer in which the bit line is formed is omitted in FIG. 13, and FIG. 14A shows only the wiring layer in which the bit line is formed, and FIG. ) Shows only the element isolation insulating material (element isolation region) 14 and the element region sandwiched between them.
[0131]
In this example, a case where a memory cell array is configured using a memory cell having a stack gate structure will be described. However, it goes without saying that the present invention can be applied to a memory cell having a single gate structure.
[0132]
A NAND cell type memory cell array has a structure in which a plurality of NAND strings (or NAND cell units) are connected to a bit line. One NAND string includes a plurality of memory cells connected in series and two select transistors connected to both ends of each memory cell.
[0133]
Hereinafter, a specific device structure will be described.
An N well region 12 and a P well region 13 are formed in the P type silicon substrate 11. The memory cell and the select transistor are formed in the P-type well region 13. However, the memory cell and the select transistor may be formed in the silicon substrate 11. In addition, a trench for element isolation is formed in the silicon substrate 11, and an element isolation insulating material (for example, silicon oxide) 14 is embedded in the trench.
[0134]
In this example, the trench for obtaining the STI structure is formed linearly without being interrupted in the column direction (see FIG. 14B). That is, the element isolation region (element isolation insulating material) 14 is completely in a line and space shape in the memory cell array region, and the accuracy of processing control and dimension control of the element isolation region and element region can be improved. .
[0135]
As will be described later, this is an effect of providing the common source line 43 on the silicon substrate 11, and as a result, the source diffusion layer 19s in the silicon substrate 11 is shared with the NAND string in the row direction. (It is shared for two NAND strings in the adjacent column direction).
[0136]
In the second embodiment described above (FIGS. 7 to 12), a common source line extending in the row direction is formed as an N-type diffusion layer 19s in the silicon substrate 11 and shared by a plurality of NAND strings in the row direction. Therefore, in this portion, the element isolation region extending in the column direction is interrupted. As a whole, in the memory cell array region, a plurality of rectangular element isolation regions are regularly arranged. ing.
[0137]
A region sandwiched between the element isolation insulating materials 14 is an element region. On the silicon substrate 11 (P well region 13) in the element region, a thin tunnel insulating film (for example, silicon oxide) 15 capable of flowing a minute tunnel current at the time of writing / erasing is formed.
[0138]
A charge transfer layer 16 is formed on the tunnel insulating film 15. The charge transfer layer 16 is composed of an electrically floating conductive layer (for example, a polysilicon layer containing impurities).
[0139]
A control gate layer 18 is formed on the charge transfer layer 16 via an intergate insulating layer 17. Since the charge transfer layer 16 and the control gate layer 18 are capacitively coupled, when the potential of the control gate layer 18 varies, the potential of the charge transfer layer 16 also varies.
[0140]
Since the charge transfer layer 16 and the control gate layer 18 are simultaneously processed in a self-aligning manner, the side edges in the direction (column direction) perpendicular to the direction (row direction) in which the control gate layer (word line) 18 extends are mutually aligned. Match. Further, the side end in the row direction of the charge transfer layer 16 exists on the element isolation insulating material 14.
[0141]
In the element region, the surface region of the silicon substrate 11 immediately below the charge transfer layer 16 is a channel region. Further, N-type diffusion layers (source region or drain region) 19 are formed on both sides of the channel region.
[0142]
The structure of the select transistor has a stack gate structure as in the memory cell. However, the select transistor does not have a charge transfer layer. For example, an upper gate and a lower gate are connected to each other and function as one gate electrode (select gate line) SG1, SG2.
[0143]
Both the control gate layer (word line) 18 and select gate lines SG1, SG2 of the memory cell extend in the row direction. On the memory cell, an interlayer insulating film (for example, silicon oxide) 31 covering the memory cell is formed. In the interlayer insulating film 31, a contact hole (bit line contact) 30 reaching the drain diffusion layer 19d of the NAND string is formed.
[0144]
In the interlayer insulating film 31, a contact hole (source line contact) 40 reaching the source diffusion layer 19s of the NAND string is formed.
[0145]
The contact holes 30 and 40 are not rectangular but rectangular. In this example, the width Yh of the contact holes 30 and 40 in the column direction (the direction in which the bit line 33 extends) is wider than the width Xh of the contact holes 30 and 40 in the row direction (the direction in which the word line 18 extends). .
[0146]
The contact holes 30 are arranged in a row in the row direction, and the pitch Xpitch thereof is equal to the width Xh of the contact holes 30 in the row direction and the interval Xb between the contact holes 30. Similarly, the contact holes 40 are arranged in a row in the row direction, and the pitch Xpitch thereof is equal to the width Xh of the contact holes 40 in the row direction and the interval Xb between the contact holes 40.
[0147]
Further, the pitch Xpitch of the contact holes 30 and 40 is naturally equal to the repetitive pitch (pitch of the bit line 33) Xi + Xe between the element region and the element isolation region. This is for associating the positions of the contact holes 30 and 40 with the positions of the source / drain diffusion layers 19s and 19d.
[0148]
The size of the contact hole 30 and the size of the contact hole 40 are preferably set to be equal to each other in consideration of processing controllability and reliability. However, if the shape of the contact hole is rectangular, the effects of the present invention can be obtained, so it goes without saying that the sizes of the two may be different from each other.
[0149]
A contact plug 32 made of a conductive material is embedded in the contact hole 30. Similarly, a contact plug 42 made of a conductive material is embedded in the contact hole 40. A common source line 43 that is electrically connected to the source diffusion layer 19s of the NAND string is formed on the interlayer insulating film 31.
[0150]
The common source line 43 is composed of, for example, a refractory metal (such as tungsten), polysilicon containing impurities, or a structure in which these are stacked.
[0151]
An interlayer insulating film (for example, silicon oxide) 41 that covers the common source line 43 is formed on the interlayer insulating film 31. A contact hole 44 reaching the contact plug 32 is formed in the interlayer insulating film 41.
[0152]
The contact hole 44 is also rectangular like the contact hole 30. That is, the width of the contact hole 44 in the column direction (direction in which the bit line 33 extends) is wider than the width of the contact hole 44 in the row direction (direction in which the word line 18 extends).
[0153]
Since the contact hole 44 is formed on the memory cell, the width of the contact hole 44 in the column direction is not particularly limited. Therefore, the contact hole 30 may have a longer side (column-direction width) longer than the column-direction width Yh of the contact hole 30 to form a further elongated contact hole. Naturally, the size of the contact hole 44 and the size of the contact hole 30 may be set to be the same.
[0154]
Since the contact holes 44 are also arranged in a row in the row direction like the contact holes 30, the pitch is equal to the pitch Xpitch of the contact holes 30. That is, the width of the contact hole 44 in the row direction and the interval between the contact holes 44 are equal to the width Xh of the contact hole 30 in the row direction and the interval Xb between the contact holes 30.
[0155]
A contact plug 45 made of a conductive material is embedded in the contact hole 44. A bit line 33 is formed on the interlayer insulating film 41. Bit line 33 is electrically connected to drain diffusion layer 19d of the memory cell via contact plugs 32 and 45.
[0156]
In this example, the contact hole 30 and the contact hole 44 on the drain diffusion layer 19d are separately formed by different processes, but instead, both contact holes are simultaneously formed as one contact hole by the same process. May be. In this case, naturally, the contact holes 30 and 44 have the same size, and the contact plugs 32 and 45 are simultaneously formed and integrated as one contact plug.
[0157]
17 and 18 show the shapes of contact holes (bit line contacts) 30 and 40 when the devices of FIGS. 13 to 16 are actually manufactured.
[0158]
That is, when the memory cell is miniaturized and the contact hole (bit line contact) 30 and the contact hole (source line contact) 40 are also miniaturized, even when the contact holes 30 and 40 are laid out in a rectangular shape, The shape of the resist film serving as a mask is a shape with rounded rectangular corners (close to an ellipse), and the contact holes 30 and 40 formed by etching using this as a mask are also rounded with rectangular corners. It may become.
[0159]
Note that this example simply explains that the shape of the contact holes 30 and 40 may be not only a rectangle but also a rounded corner of the rectangle.
[0160]
Also in the device of this example, the width Yh of the contact holes 30 and 40 in the column direction (the direction in which the bit line 33 extends) is wider than the width Xh of the contact holes 30 and 40 in the row direction (the direction in which the word line 18 extends). It has become. Therefore, in this example as well, as described in the first and second embodiments, the contact holes 30 and 40 are formed in a rectangle (or a shape in which the corners of the rectangle are rounded). It is possible to obtain the shape characteristics, that is, the processing margin can be improved by the proximity effect.
[0161]
That is, since the contact holes 30 and 40 are arranged in a row in the row direction (the direction in which the word line 18 extends), the width Xh of the contact holes 30 and 40 in the row direction is shortened and the contact holes 30 and 40 are arranged in the column direction. Is made longer than the width Xh in the row direction. As a result, the pitch Xpitch of the contact holes 30 and 40 can be reduced, and at the same time, the width Xe of the element region and the width Xi of the element isolation region can be reduced to the minimum processing dimension of the line and space.
[0162]
Even if the width Xh in the row direction of the contact holes 30 and 40 is shortened, if the width Yh in the column direction is increased, the contact area is not reduced compared to the conventional square contact hole. Resistance can be kept low.
[0163]
In this example, the memory cell array has a NAND cell structure. In the NAND cell structure, one contact hole (bit line contact) 30 and one contact hole (source line contact) 40 are provided for one NAND string. That is, the memory cell array having the NAND cell structure can reduce the number of contact holes provided in the column direction as compared with the memory cell array having the NOR cell structure.
[0164]
In the present invention, the width Xh of the contact holes 30 and 40 in the row direction is narrowed, and the width Yh of the contact holes 30 and 40 in the column direction is increased, so that the number of contact holes provided in the column direction is reduced. This means that the increase in area of the memory cell array due to the increase in the column width Yh of the contact holes 30 and 40 is reduced. That is, the effect of reducing the area of the memory cell array by reducing the width Xh of the contact holes 30 and 40 in the row direction becomes significant.
[0165]
Furthermore, in the present invention, the common source line 43 made of metal (including a refractory metal) or polysilicon is provided on the silicon substrate 11 without providing the common source line in the silicon substrate 11. Therefore, in the memory cell array region in the silicon substrate 11, the element isolation region (element isolation insulating material) 14 can be completely formed in a line and space shape, and the accuracy of dimensional control and processing control can be improved. it can. In addition, the resistance of the common source line can be reduced.
[0166]
[Fourth embodiment]
19 to 24 show a memory cell array of a NAND cell type nonvolatile semiconductor memory device according to the fourth embodiment of the present invention. 19 and 20 are plan views of the memory cell array, FIG. 21 is a cross-sectional view taken along line XXI-XXI in FIGS. 19 and 20, and FIG. 22 is a line XXII-XXII in FIGS. FIG.
[0167]
For easy understanding of the drawing, FIG. 19 omits the wiring layer in which the bit line is formed, and FIG. 20 shows only the wiring layer in which the bit line is formed. That is, the bit line of FIG. 20 is formed on the device of FIG.
[0168]
Compared with the device of the third embodiment (FIGS. 13 to 18), the device of this example is different in the structure of the memory cell and the select transistor, and is otherwise exactly the same. . That is, in this example, the memory cell and the select transistor are configured by single gate type MOS transistors.
[0169]
Hereinafter, a specific device structure will be described.
An N well region 12 and a P well region 13 are formed in the P type silicon substrate 11. The memory cell and the select transistor are formed in the P-type well region 13. In addition, a trench for element isolation is formed in the silicon substrate 11, and an element isolation insulating material (for example, silicon oxide) 14 is embedded in the trench.
[0170]
The trench for obtaining the STI structure is formed in a straight line without interruption in the column direction (see FIG. 14B). That is, the element isolation region (element isolation insulating material) 14 has a completely line and space shape in the memory cell array region. Accordingly, it is possible to improve the accuracy of processing control and dimensional control of the element isolation region and the element region.
[0171]
A region sandwiched between the element isolation insulating materials 14 is an element region. On the silicon substrate 11 (P well region 13) in the element region, a thin tunnel insulating film (for example, silicon oxide) 15 capable of flowing a minute tunnel current at the time of writing / erasing is formed. The thickness of the tunnel insulating film 15 is set to about several nm, for example.
[0172]
On the tunnel insulating film 15, a charge holding insulating film 51 is formed. The charge holding insulating film 51 is made of, for example, silicon nitride of about several tens of nm. A charge trap level is formed at the interface between the tunnel insulating film 15 and the charge holding insulating film 51, and the state of the memory cell is determined by the amount of charges trapped in the charge trap level.
[0173]
A control gate layer (word line) 52 and select gate lines SG1, SG2 are formed on the charge holding insulating film 51. In the element region, the surface region of the silicon substrate 11 immediately below the control gate layer 52 is a channel region. N-type diffusion layers (source region or drain region) 19 are formed on both sides of the channel region. The surface region of the silicon substrate 11 immediately below the select gate lines SG1 and SG2 is also a channel region. N-type diffusion layers 19, 19s, 19d are formed on both sides of the channel region.
[0174]
Both the control gate layer (word line) 18 and select gate lines SG1, SG2 of the memory cell extend in the row direction. On the memory cell, an interlayer insulating film (for example, silicon oxide) 31 covering the memory cell is formed. In the interlayer insulating film 31, a contact hole (bit line contact) 30 reaching the drain diffusion layer 19d of the NAND string is formed.
[0175]
In the interlayer insulating film 31, a contact hole (source line contact) 40 reaching the source diffusion layer 19s of the NAND string is formed.
[0176]
The contact holes 30 and 40 are not rectangular but rectangular. In this example, the width Yh of the contact holes 30 and 40 in the column direction (the direction in which the bit line 33 extends) is wider than the width Xh of the contact holes 30 and 40 in the row direction (the direction in which the word line 18 extends). .
[0177]
The contact holes 30 are arranged in a row in the row direction, and the pitch Xpitch thereof is equal to the width Xh of the contact holes 30 in the row direction and the interval Xb between the contact holes 30. Similarly, the contact holes 40 are arranged in a row in the row direction, and the pitch Xpitch thereof is equal to the width Xh of the contact holes 40 in the row direction and the interval Xb between the contact holes 40.
[0178]
Further, the pitch Xpitch of the contact holes 30 and 40 is naturally equal to the repetitive pitch (pitch of the bit line 33) Xi + Xe between the element region and the element isolation region. This is for associating the positions of the contact holes 30 and 40 with the positions of the source / drain diffusion layers 19s and 19d.
[0179]
The size of the contact hole 30 and the size of the contact hole 40 are preferably set to be equal to each other in consideration of processing controllability and reliability. However, if the shape of the contact hole is rectangular, the effects of the present invention can be obtained, so it goes without saying that the sizes of the two may be different from each other.
[0180]
A contact plug 32 made of a conductive material is embedded in the contact hole 30. Similarly, a contact plug 42 made of a conductive material is embedded in the contact hole 40. A common source line 43 that is electrically connected to the source diffusion layer 19s of the NAND string is formed on the interlayer insulating film 31.
[0181]
An interlayer insulating film (for example, silicon oxide) 41 that covers the common source line 43 is formed on the interlayer insulating film 31. A contact hole 44 reaching the contact plug 32 is formed in the interlayer insulating film 41.
[0182]
The contact hole 44 is also rectangular like the contact hole 30. That is, the width of the contact hole 44 in the column direction (direction in which the bit line 33 extends) is wider than the width of the contact hole 44 in the row direction (direction in which the word line 18 extends).
[0183]
Since the contact hole 44 is formed on the memory cell, the width of the contact hole 44 in the column direction is not particularly limited. Therefore, the contact hole 30 may have a longer side (column-direction width) longer than the column-direction width Yh of the contact hole 30 to form a further elongated contact hole. Naturally, the size of the contact hole 44 and the size of the contact hole 30 may be set to be the same.
[0184]
Since the contact holes 44 are also arranged in a row in the row direction like the contact holes 30, the pitch is equal to the pitch Xpitch of the contact holes 30. That is, the width of the contact hole 44 in the row direction and the interval between the contact holes 44 are equal to the width Xh of the contact hole 30 in the row direction and the interval Xb between the contact holes 30.
[0185]
A contact plug 45 made of a conductive material is embedded in the contact hole 44. A bit line 33 is formed on the interlayer insulating film 41. Bit line 33 is electrically connected to drain diffusion layer 19d of the memory cell via contact plugs 32 and 45.
[0186]
In this example as well, the contact hole 30 and the contact hole 44 on the drain diffusion layer 19d are formed separately by different processes. Instead, both contact holes are simultaneously formed as one contact hole by the same process. It may be formed. In this case, naturally, the contact holes 30 and 44 have the same size, and the contact plugs 32 and 45 are simultaneously formed and integrated as one contact plug.
[0187]
23 and 24 show the shapes of contact holes (bit line contacts) 30 and 40 when the devices of FIGS. 19 to 22 are actually manufactured.
[0188]
That is, when the memory cell is miniaturized and the contact hole (bit line contact) 30 and the contact hole (source line contact) 40 are also miniaturized, even when the contact holes 30 and 40 are laid out in a rectangular shape, The shape of the resist film serving as a mask is a shape with rounded rectangular corners (close to an ellipse), and the contact holes 30 and 40 formed by etching using this as a mask are also rounded with rectangular corners. It may become.
[0189]
Note that this example simply explains that the shape of the contact holes 30 and 40 may be not only a rectangle but also a rounded corner of the rectangle.
[0190]
As described above, the device of this example is different from the device of the third embodiment only in the structure of the memory cell and the select transistor. Therefore, as a matter of course, the same effect as that of the device of the third embodiment can be obtained in the device of this example.
[0191]
[Fifth Embodiment]
25 to 30 show a memory cell array of a NAND cell type nonvolatile semiconductor memory device according to the fifth embodiment of the present invention. 25 and 26 are plan views of the memory cell array, FIG. 27 is a cross-sectional view taken along line XXVII-XXVII in FIGS. 25 and 26, and FIG. 28 is a line XXVIII-XXVIII in FIGS. FIG.
[0192]
In order to make the drawing easy to understand, FIG. 25 omits a wiring layer in which a bit line is formed, and FIG. 26 shows only a wiring layer in which a bit line is formed. That is, the bit line of FIG. 26 is formed on the device of FIG.
[0193]
Compared with the device of the third embodiment described above (FIGS. 13 to 18), the device of this example is such that the position of the contact holes 30, 40 in the column direction is self-aligned in the manufacturing process of the contact holes 30, 40. It is characterized in that a so-called self-alignment contact technique for determining is applied.
[0194]
Hereinafter, a specific device structure will be described.
An N well region 12 and a P well region 13 are formed in the P type silicon substrate 11. The memory cell and the select transistor are formed in the P-type well region 13. In addition, a trench for element isolation is formed in the silicon substrate 11, and an element isolation insulating material (for example, silicon oxide) 14 is embedded in the trench.
[0195]
In this example, the trench for obtaining the STI structure is formed linearly without being interrupted in the column direction (see FIG. 14B). That is, the element isolation region (element isolation insulating material) 14 is completely in a line and space shape in the memory cell array region, and the accuracy of processing control and dimension control of the element isolation region and element region can be improved. .
[0196]
A region sandwiched between the element isolation insulating materials 14 is an element region. On the silicon substrate 11 (P well region 13) in the element region, a thin tunnel insulating film (for example, silicon oxide) 15 capable of flowing a minute tunnel current at the time of writing / erasing is formed.
[0197]
A charge transfer layer 16 is formed on the tunnel insulating film 15. The charge transfer layer 16 is composed of an electrically floating conductive layer (for example, a polysilicon layer containing impurities).
[0198]
A control gate layer 18 is formed on the charge transfer layer 16 via an intergate insulating layer 17. Since the charge transfer layer 16 and the control gate layer 18 are capacitively coupled, when the potential of the control gate layer 18 varies, the potential of the charge transfer layer 16 also varies.
[0199]
Since the charge transfer layer 16 and the control gate layer 18 are simultaneously processed in a self-aligning manner, the side edges in the direction (column direction) perpendicular to the direction (row direction) in which the control gate layer (word line) 18 extends are mutually aligned. Match. Further, the side end in the row direction of the charge transfer layer 16 exists on the element isolation insulating material 14.
[0200]
In the element region, the surface region of the silicon substrate 11 immediately below the charge transfer layer 16 is a channel region. Further, N-type diffusion layers (source region or drain region) 19 are formed on both sides of the channel region.
[0201]
The structure of the select transistor has a stack gate structure as in the memory cell. However, the select transistor does not have a charge transfer layer. For example, an upper gate and a lower gate are connected to each other and function as one gate electrode (select gate line) SG1, SG2.
[0202]
The charge transfer layer 16 and the control gate layer (word line) 18 and the select gate lines SG1 and SG2 of the memory cell are insulating films made of a material having etching selectivity with respect to the interlayer insulating film (for example, silicon oxide) 31. (For example, silicon nitride) 60 is covered.
[0203]
On the insulating film 60, an interlayer insulating film (for example, silicon oxide) 31 that completely covers the memory cell is formed. A contact hole (bit line contact) 30 reaching the drain diffusion layer 19d of the NAND string is formed in the interlayer insulating film 31. In the interlayer insulating film 31, a contact hole (source line contact) 40 reaching the source diffusion layer 19s of the NAND string is formed.
[0204]
The contact holes 30 and 40 are not rectangular but rectangular. In this example, the width Yh1 of the contact holes 30 and 40 in the column direction (in which the bit line 33 extends) is wider than the width Xh of the contact holes 30 and 40 in the row direction (in which the word line 18 extends). .
[0205]
The contact holes 30 are arranged in a row in the row direction, and the pitch Xpitch thereof is equal to the width Xh of the contact holes 30 in the row direction and the interval Xb between the contact holes 30. Similarly, the contact holes 40 are arranged in a row in the row direction, and the pitch Xpitch thereof is equal to the width Xh of the contact holes 40 in the row direction and the interval Xb between the contact holes 40.
[0206]
Further, the pitch Xpitch of the contact holes 30 and 40 is naturally equal to the repetitive pitch (pitch of the bit line 33) Xi + Xe between the element region and the element isolation region. This is for associating the positions of the contact holes 30 and 40 with the positions of the source / drain diffusion layers 19s and 19d.
[0207]
The size of the contact hole 30 and the size of the contact hole 40 are preferably set to be equal to each other in consideration of processing controllability and reliability. However, if the shape of the contact hole is rectangular, the effects of the present invention can be obtained, so it goes without saying that the sizes of the two may be different from each other.
[0208]
The important point in this example is that the width in the column direction of the contact holes 30 and 40 is set to Yh1, but since the self-aligned contact technique is adopted, the column direction at the bottom of the contact holes 30 and 40 is used. The width Yh2 is narrower than Yh1 (Yh1 needs to be larger than Xh, but Yh2 may be larger, smaller or equal to Xh. ).
[0209]
That is, according to the present example, by making Yh1 sufficiently larger than Xh, the precision of the dimensional control and processing control of the contact holes 30 and 40 due to the proximity effect during exposure is improved, and the contact hole 30 in the row direction is improved. , 40 pitch X pitch can be narrowed to contribute to the reduction in the size of the memory cell array in the row direction.
[0210]
Further, in this example, since the self-alignment contact technique is adopted, the width Yh2 in the column direction at the bottom of the contact holes 30 and 40 is smaller than Yh1. Therefore, the distance between the select gate lines SG1 on the source side can be reduced, which can contribute to the reduction in the size of the memory cell array in the column direction.
[0211]
Needless to say, such a self-alignment contact technique can also be applied to the devices of the first, second, and fourth embodiments described above.
[0212]
A contact plug 32 made of a conductive material is embedded in the contact hole 30. Similarly, a contact plug 42 made of a conductive material is embedded in the contact hole 40. A common source line 43 that is electrically connected to the source diffusion layer 19s of the NAND string is formed on the interlayer insulating film 31.
[0213]
The common source line 43 is composed of, for example, a refractory metal (such as tungsten), polysilicon containing impurities, or a structure in which these are stacked.
[0214]
An interlayer insulating film (for example, silicon oxide) 41 that covers the common source line 43 is formed on the interlayer insulating film 31. A contact hole 44 reaching the contact plug 32 is formed in the interlayer insulating film 41.
[0215]
The contact hole 44 is also rectangular like the contact hole 30. That is, the width of the contact hole 44 in the column direction (direction in which the bit line 33 extends) is wider than the width of the contact hole 44 in the row direction (direction in which the word line 18 extends).
[0216]
Since the contact hole 44 is formed on the memory cell, the width of the contact hole 44 in the column direction is not particularly limited as in the third and fourth embodiments described above. .
[0217]
A contact plug 45 made of a conductive material is embedded in the contact hole 44. A bit line 33 is formed on the interlayer insulating film 41. Bit line 33 is electrically connected to drain diffusion layer 19d of the memory cell via contact plugs 32 and 45.
[0218]
In this example, the contact hole 30 and the contact hole 44 on the drain diffusion layer 19d are separately formed by different processes, but instead, both contact holes are simultaneously formed as one contact hole by the same process. May be. In this case, naturally, the contact holes 30 and 44 have the same size, and the contact plugs 32 and 45 are simultaneously formed and integrated as one contact plug.
[0219]
29 and 30 show the shapes of the contact holes (bit line contacts) 30 and 40 when the devices of FIGS. 25 to 28 are actually manufactured.
[0220]
That is, when the memory cell is miniaturized and the contact hole (bit line contact) 30 and the contact hole (source line contact) 40 are also miniaturized, even when the contact holes 30 and 40 are laid out in a rectangular shape, The shape of the resist film serving as a mask is a shape with rounded rectangular corners (close to an ellipse), and the contact holes 30 and 40 formed by etching using this as a mask are also rounded with rectangular corners. It may become.
[0221]
Note that this example simply explains that the shape of the contact holes 30 and 40 may be not only a rectangle but also a rounded corner of the rectangle.
[0222]
Also in the device of this example, the same effect as the device of the first to fourth embodiments described above can be obtained.
[0223]
Further, in this example, since the self-alignment contact technique is adopted, the column-direction width Yh2 at the bottom of the contact holes 30 and 40 is smaller than the column-direction width Yh1 at the top of the contact holes 30 and 40. Yes.
[0224]
That is, according to the present example, by making Yh1 sufficiently larger than Xh, the precision of the dimensional control and processing control of the contact holes 30 and 40 due to the proximity effect during exposure is improved, and the contact hole 30 in the row direction is improved. , 40 pitch X pitch can be narrowed to contribute to the reduction in the size of the memory cell array in the row direction.
[0225]
In this example, the column width Yh2 at the bottom of the contact holes 30 and 40 is smaller than the column width Yh1 at the top of the contact holes 30 and 40. For this reason, the interval between the select gate lines SG1 on the source side can be narrowed, which can contribute to the reduction in the size of the memory cell array in the column direction.
[0226]
[Relationship between Xh and Yh]
The present invention has been described based on the first to fifth embodiments. According to the present invention, the short side Xh can be opened in the case of a square by making the contact hole rectangular (including a shape with rounded corners of the rectangle; the same applies hereinafter) (Xh <Yh). It is possible to make it shorter than the length of one side of the contact hole.
[0227]
For example, assuming that the same exposure technique is used, experimentally, when the minimum exposure dimension in a line and space shape (simple repetitive pattern) is 0.2 μm, the minimum exposure dimension of a square contact hole is 0.3 μm. It becomes.
[0228]
Therefore, even if the minimum hole size that can be opened in the case of a square is 0.3 μm, the short side that can be opened has a maximum size of 0. It can be reduced to 2 μm (about 66% of the square hole size).
[0229]
Similarly, assuming that the same exposure technique is used, experimentally, when the minimum exposure size in a line and space shape (simple repetitive pattern) is 0.13 μm, the minimum exposure size of a square contact hole is 0. 2 μm.
[0230]
Therefore, even if the minimum hole size that can be opened in the case of a square is 0.2 μm, the short side that can be opened has a maximum size of 0. It can be reduced to 13 μm (about 66% of the square hole size).
[0231]
As described above, according to the present invention, by making the contact hole rectangular, the short side Xh is about 66% (about 2/3) of the minimum hole size that can be opened in the case of a square. It can be narrowed. Accordingly, the pitch of the contact holes, that is, the pitch (period) of the repeated pattern of the element region and the element isolation region can be reduced, so that the area of the memory cell array region can be greatly reduced.
[0232]
In other words, considering the row direction (the direction in which the word lines extend), the effect of reducing the area of the memory cell array region is to reduce the length of one side of the square contact hole to about 66% (about 2/3 times). When the hole shape is a rectangle that is long in the column direction (the direction in which the bit lines extend) (the length of one side of the contact hole in the column direction is not changed), that is, Yh is about 1.5 of Xh. It becomes maximum when it is doubled (about 3/2 times).
[0233]
However, if the short side Xh of the rectangular contact hole is narrowed to about 66% (about 2/3 times) the minimum hole size that can be opened in the case of a square, the long side Yh is changed to a square If the minimum hole size that can be opened is fixed (fixed value), the contact area in the case of the rectangle is reduced by about 66% compared to the case of the square, and as a result, the contact in the case of the rectangle The resistance increases to about 1.5 times (about 3/2 times) the contact resistance in the case of a square.
[0234]
Therefore, after the short side Xh becomes the minimum value (minimum exposure dimension of the line & space shape), if the long side Yh is made larger than the minimum hole size that can be opened in the case of a square, contact It is possible to suppress an increase in resistance.
[0235]
For example, when only the size of the square contact hole in the row direction (X direction) is reduced to about 66% (about 2/3 times), the contact area is also reduced to about 66% (about 2/3 times). The contact resistance increases about 3/2 times.
[0236]
Therefore, in order to maintain the same contact resistance as that of the square contact hole, it is necessary to increase the size of the contact hole in the column direction (Y direction) to about 3/2 times. At this time, Yh is approximately 2.25 times Xh ({3/2} / {2/3} = {9/4} times).
[0237]
Moreover, it is difficult to completely match Yh to 2.25 times Xh due to processing variations during manufacturing. Therefore, in consideration of such processing variations during manufacturing, when Yh is not less than 2 times and not more than 2.5 times Xh, the effect of area reduction can be maximized without increasing contact resistance. .
[0238]
By the way, the size Yh of the contact hole in the column direction cannot be increased infinitely (when Yh becomes infinite, a complete line and space is obtained). Actually (considering self-alignment contact), the maximum value of Yh is considered to be about three times the minimum processing dimension of the line and space (for example, equal to the width of the word line).
[0239]
Here, assuming that Xh is set to the minimum processing dimension of the line and space (for example, the width of the element region and the width of the element isolation region are also set to this minimum processing dimension), the maximum value of Yh Is three times Xh.
[0240]
In summary, when Yh is in the practical range of 1.5 to 3 times Xh and Yh is 2 to 2.5 times Xh, the contact resistance The effect of area reduction can be maximized without an increase.
However, if the chip size in the column direction is ignored and the chip layout allows, Yh may exceed 3 times Xh if possible.
[0241]
[Others]
The present invention is not limited to the NOR cell type and NAND cell type non-volatile semiconductor memory devices as described above. In particular, the bit line pitch (period) or the repetition pitch (period) between the element region and the element isolation region is 0. The effect is great when applied to a nonvolatile semiconductor memory device of 5 μm or less.
[0242]
The present invention also relates to all nonvolatile semiconductor memory devices in which contact holes (bit line contacts or source line contacts) are arranged in a line at the same pitch as the pitch of bit lines (or a repetition pitch of element regions and element isolation regions). It is applicable to.
[0243]
Further, according to the present invention, as shown in the above-described embodiment, the size Xh of the contact hole in the row direction is equal to the size Xe of the element region in the row direction, the distance Xb between the contact holes and the row direction of the element isolation region Not only when the sizes Xi are equal, but also as shown in FIGS. 31 and 32, the size Xh of the contact holes in the row direction is larger than the size Xe of the element regions in the row direction, and the distance Xb between the contact holes is the element isolation region. It can also be applied to a case where the size is smaller than the row size Xi.
[0244]
The present invention is also applicable to the case where the size Xh of the contact hole in the row direction is smaller than the size Xe of the element region in the row direction, and the distance Xb between the contact holes is larger than the size Xi of the element isolation region in the row direction. it can.
The present invention can be variously modified without departing from the gist thereof.
[0245]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, in the nonvolatile semiconductor memory device in which the contact holes need to be arranged in a line in one direction at a constant pitch (period), the shape of the contact holes is rectangular or rectangular. And the width of one direction (row direction) of the contact hole is narrower than the width of the direction perpendicular to the one direction (column direction).
[0246]
In this case, the width (short side) in one direction of the contact hole can be narrower than the minimum processing size of the square contact hole, and can be reduced to the maximum processing size of the line and space at the maximum. Accordingly, the contact hole pitch in one direction can be narrowed while maintaining the precision of contact hole dimensional control and processing control, thereby contributing to the reduction of the element region and the reduction of the chip area.
[0247]
Further, regarding the width of the contact hole in the direction perpendicular to the one direction, in particular, by adopting the self-alignment contact technology, even if the width in the direction perpendicular to the one direction is increased, While maintaining the accuracy of processing control, it is possible to reduce the element region and the chip area in the direction orthogonal to the one direction.
[0248]
Furthermore, if the width of the contact hole in the direction perpendicular to the one direction is 1.5 times or more the width of the contact hole in the one direction, the phenomenon of contact resistance increase due to the effect of area reduction can be prevented. Therefore, it is possible to take measures to reduce the contact resistance by increasing the contact area while maintaining the effect of reducing the area.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view showing a memory cell array of a NOR cell type nonvolatile semiconductor memory device according to a first embodiment of the present invention.
2 is a plan view showing a bit line formed on the device of FIG. 1; FIG.
3 is a cross-sectional view taken along line III-III in FIGS. 1 and 2. FIG.
4 is a cross-sectional view taken along line IV-IV in FIGS. 1 and 2. FIG.
5 is a view showing a shape of a contact hole when the device of FIGS. 1 and 2 is actually manufactured. FIG.
6 is a view showing a shape of a contact hole when the device of FIGS. 1 and 2 is actually manufactured. FIG.
FIG. 7 is a plan view showing a memory cell array of a NAND cell nonvolatile semiconductor memory device according to a second embodiment of the present invention.
8 is a plan view showing a bit line formed on the device of FIG. 7;
9 is a cross-sectional view taken along line IX-IX in FIGS. 7 and 8. FIG.
10 is a cross-sectional view taken along line XX in FIGS. 7 and 8. FIG.
11 is a view showing the shape of a contact hole when the device of FIGS. 7 and 8 is actually manufactured. FIG.
12 is a view showing a shape of a contact hole when the device of FIGS. 7 and 8 is actually manufactured. FIG.
FIG. 13 is a plan view showing a memory cell array of a NAND cell type nonvolatile semiconductor memory device according to a third embodiment of the present invention.
14 is a plan view showing a bit line and an element isolation region in the device of FIG.
15 is a cross-sectional view taken along line XV-XV in FIGS. 13 and 14. FIG.
16 is a cross-sectional view taken along line XVI-XVI in FIGS. 13 and 14. FIG.
17 is a view showing a shape of a contact hole when the device shown in FIGS. 13 and 14 is actually manufactured. FIG.
18 is a view showing a shape of a contact hole when the device of FIGS. 13 and 14 is actually manufactured. FIG.
FIG. 19 is a plan view showing a memory cell array of a NAND cell type nonvolatile semiconductor memory device according to a fourth embodiment of the present invention.
20 is a plan view showing a bit line formed on the device of FIG. 19;
21 is a sectional view taken along line XXI-XXI in FIGS. 19 and 20. FIG.
22 is a sectional view taken along line XXII-XXII in FIGS. 19 and 20. FIG.
23 is a view showing a shape of a contact hole when the device of FIGS. 19 and 20 is actually manufactured. FIG.
24 is a view showing the shape of a contact hole when the device of FIGS. 19 and 20 is actually manufactured. FIG.
FIG. 25 is a plan view showing a memory cell array of a NAND cell nonvolatile semiconductor memory device according to a fifth embodiment of the present invention.
26 is a plan view showing a bit line formed on the device of FIG. 25. FIG.
27 is a sectional view taken along line XXVII-XXVII in FIGS. 25 and 26. FIG.
28 is a sectional view taken along line XXVIII-XXVIII in FIGS. 25 and 26. FIG.
29 is a view showing a shape of a contact hole when the device of FIGS. 25 and 26 is actually manufactured. FIG.
30 is a view showing a shape of a contact hole when the device of FIGS. 25 and 26 is actually manufactured. FIG.
FIG. 31 is a plan view showing a modification of the memory cell array of the NOR cell type nonvolatile semiconductor memory device of the present invention.
FIG. 32 is a plan view showing a modification of the memory cell array of the NAND cell nonvolatile semiconductor memory device of the present invention.
FIG. 33 is a plan view showing a device structure of a stacked gate type memory cell;
34 is a sectional view taken along line XXXIV-XXXIV in FIG. 33. FIG.
35 is a sectional view taken along line XXXV-XXXV in FIG. 33. FIG.
FIG. 36 is a plan view showing a device structure of a single gate type memory cell;
FIG. 37 is a cross-sectional view taken along line XXXVII-XXXVII in FIG.
38 is a sectional view taken along line XXXVIII-XXXVIII in FIG. 36. FIG.
FIG. 39 is a plan view showing a memory cell array of a conventional NOR cell type nonvolatile semiconductor memory device.
40 is a plan view showing a bit line formed on the device of FIG. 39. FIG.
41 is a cross-sectional view taken along line XLI-XLI in FIGS. 39 and 40. FIG.
42 is a sectional view taken along line XLII-XLII in FIGS. 39 and 40. FIG.
43 is a view showing a shape of a contact hole when the device of FIGS. 39 and 40 is actually manufactured. FIG.
44 is a view showing the shape of a contact hole when the device of FIGS. 39 and 40 is actually manufactured. FIG.
FIG. 45 is a plan view showing a memory cell array of a conventional NAND cell type nonvolatile semiconductor memory device.
46 is a plan view showing a bit line formed on the device of FIG. 45. FIG.
47 is a sectional view taken along line XLVII-XLVII in FIGS. 45 and 46. FIG.
48 is a sectional view taken along the line XLVIII-XLVIII in FIGS. 45 and 46. FIG.
49 is a view showing the shape of a contact hole when the device of FIGS. 45 and 46 is actually manufactured. FIG.
50 is a view showing the shape of a contact hole when the device of FIGS. 45 and 46 is actually manufactured. FIG.
[Explanation of symbols]
11, 21: P-type silicon substrate,
12, 22: N-type well region,
13, 23: P-type well region,
14, 24: Insulating material for element isolation (element isolation region),
15, 25: Tunnel insulating film,
16: charge transfer layer,
17: Insulating layer between gates,
18, 27, 52: control gate layer,
19, 28: N-type diffusion layer,
19d: drain diffusion layer,
19s: source diffusion layer,
26: an insulating film for charge retention,
30, 44: contact hole (bit line contact),
31, 41: Interlayer insulating film,
32, 42, 45: contact plug,
33: bit line,
40: contact hole (source line contact),
43: Common source line,
51: An insulating film for charge retention.

Claims (5)

一方向に一定周期で繰り返して配置される素子領域及び素子分離領域と、前記素子領域内に形成されるメモリセルと、前記一方向に前記一定周期と同じ周期で配置されるコンタクトホールと、前記コンタクトホールを介して前記メモリセルとデータを授受する配線とを具備し、前記コンタクトホールの上部における前記一方向に直交する他方向の幅が、前記コンタクトホールの上部における前記一方向の幅よりも広く、前記コンタクトホールの上部における前記他方向の幅をY1、前記コンタクトホールの底部における前記他方向の幅をY2としたとき、Y1>Y2であり、前記コンタクトホールの上部における前記他方向の幅と前記コンタクトホールの底部における前記他方向の幅は、不連続に変化していることを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。An element region and an element isolation region that are repeatedly arranged in one direction at a constant period; a memory cell formed in the element region; a contact hole that is disposed in the one direction at the same period as the constant period; through a contact hole and a wiring for transferring the memory cell and the data, the other direction of the width orthogonal to the one direction in the upper portion of the contact hole is than the one direction of the width at the top of the contact hole widely, wherein the upper portion of the contact hole other direction width Y1, when the other direction of the width Y2 at the bottom of the contact hole, a Y1> Y2, the other direction in an upper portion of the contact hole wherein the width and the bottom of the contact hole other direction width, nonvolatile semiconductive, characterized in that changes discontinuously Storage device. 前記コンタクトホールの上部における前記他方向の幅は、前記コンタクトホールの上部における前記一方向の幅の1.5倍以上であることを特徴とする請求項1記載の不揮発性半導体記憶装置。2. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein the width in the other direction at the upper part of the contact hole is 1.5 times or more the width in the one direction at the upper part of the contact hole. 前記コンタクトホールの上部における前記他方向の幅は、前記コンタクトホールの上部における前記一方向の幅の3倍以下であることを特徴とする請求項1記載の不揮発性半導体記憶装置。2. The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, wherein the width in the other direction at the upper part of the contact hole is not more than three times the width in the one direction at the upper part of the contact hole. 前記コンタクトホールの上部における前記他方向の幅は、前記コンタクトホールの上部における前記一方向の幅の2倍以上、2.5倍以下であることを特徴とする請求項1記載の不揮発性半導体記憶装置。2. The non-volatile semiconductor memory according to claim 1, wherein the width in the other direction at the upper part of the contact hole is not less than 2 times and not more than 2.5 times the width in the one direction at the upper part of the contact hole. apparatus. 前記メモリセルは、前記素子領域上に形成されるゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上に形成される電荷授受層と、前記電荷授受層上に形成されるゲート間絶縁層と、前記ゲート間絶縁層上に形成される制御ゲート層とを備えることを特徴とする請求項1記載の不揮発性半導体記憶装置。The memory cell includes a gate insulating film formed on the element region, a charge transfer layer formed on the gate insulating film, an inter-gate insulating layer formed on the charge transfer layer, and the gate The nonvolatile semiconductor memory device according to claim 1, further comprising a control gate layer formed on the insulating layer .
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US7507661B2 (en) * 2004-08-11 2009-03-24 Spansion Llc Method of forming narrowly spaced flash memory contact openings and lithography masks
JP4783044B2 (en) * 2005-03-23 2011-09-28 株式会社Genusion Nonvolatile semiconductor memory device
WO2010134267A1 (en) 2009-05-19 2010-11-25 パナソニック株式会社 Semiconductor device
US8212295B2 (en) 2010-06-30 2012-07-03 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. ROM cell circuit for FinFET devices
JP2014049472A (en) * 2012-08-29 2014-03-17 Toshiba Corp Semiconductor memory device
KR102455609B1 (en) * 2018-09-28 2022-10-17 삼성전자주식회사 Semiconductor devices

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