JP4678362B2 - 半導体装置およびその製造方法 - Google Patents
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Description
そこで、この発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、データの書き込みと消去を低電圧で実行可能、かつ、データの読み込みを低電圧で高速に行う半導体装置およびその製造方法の提供を目的とする。
このような構成であれば、例えば、N型MOSトランジスタのドレインとP型MOSトランジスタのドレインは常に同電位となるので、電子(または、ホール)注入時に、N型(またはP型)MOSトランジスタで発生したホットエレクトロン(または、ホットホール)は、P型(または、N型)MOSトランジスタのソース電位だけでなくドレイン電位にも引っ張られることとなる。従って、電荷蓄積層への電子(または、ホール)の注入効率を高めることができる。また、P型、N型の各MOSトランジスタのドレインに繋がる配線を共通化できるので、チップ面における配線の占有面積を少なくすることも可能である。
発明6の半導体装置の製造方法によれば、いわゆるSBSI法を応用して、発明1〜発明5の半導体装置を製造することができる。従って、電荷蓄積層に対する書き込みと消去とを電子とホールのふたつのキャリア供給によって実現することができるので、低電圧駆動で、チップ面積の増大を抑制した半導体装置を提供することが可能である。
図1は、本発明の実施の形態に係る不揮発性メモリ100の構成例を示す図であり、図1(a)は平面図、図1(b)は図1(a)をX−X´線で切断したときの断面図、図1(c)は図1(a)をY−Y´線で切断したときの断面図である。なお、図1(a)では、不揮発性メモリ100の構成例を平面視で理解し易くするために、層間絶縁膜の記入を省略している。図1(a)〜(c)に示すように、この不揮発性メモリ100では、Si基板1上に絶縁膜3等を介して第1の単結晶Si層5が形成され、この単結晶Si層5上に絶縁膜7等を介して第2の単結晶Si層9が形成されている。
データの書き込みと消去は、次のようにして行うことができる。例えば、図1(a)〜(c)において、電源電圧をVss(0V)、Vdd(5V)とし、コントロール・ゲート17に印加する電圧と、PMOS20、NMOS30の各ドレインに印加する電圧を全てVddに設定すると、NMOS30がオン(ON)となり、PMOS20がオフ(OFF)となる。このような電圧設定により、NMOS30においては電子がソースからドレインに流れ、高電界により加速され、或いは、インパクト・イオナイゼーションにより電子・ホール対が形成、ホットキャリアが発生する。ホットエレクトロンは、Si層9/絶縁膜7の障壁を越え、Vddが印加されているPMOSのソース・ドレインに引っ張られ、フローティング・ゲート8に注入される。ここで、もし、PMOS20のソースあるいはドレインの少なくとも一方の拡散層にVddより大きな正電圧を印加した場合は、フローティング・ゲート8へのキャリア注入効率をさらに高めることができる。
図24は、本発明の実施形態に係るDiNOR(Divided bit line NOR Flash Memory)回路200の構成例を示す平面図である。また、図25はDiNOR回路200の構成例を示す回路図である。このDiNOR回路200では、その1ビットのメモリセルが図1(a)〜(c)に示した不揮発性メモリ100で構成されている。
このように、図24、25に示したDiNOR回路200では、Si基板上に積層された2つのSi層5、9をそれぞれVddと、Vssラインとして使っている。その結果、ドレイン(D)のコンタクト電極211をPNで共通化することができ、コンタクト数を減らすことができるので、DiNOR回路200の集積度を高めることが可能である。
図2〜図21は、本発明の実施形態に係る不揮発性メモリ100の製造方法を示す図であり、図2(a)〜図21(a)は図1(b)に至るまでのX−X´断面に対応した工程図であり、図2(b)〜図21(b)は図1(c)に至るまでのY−Y´断面に対応した工程図である。ここでは、図1(a)〜(c)に示した不揮発性メモリ100をSBSI法を応用して製造することについて説明する。
次に、図18(a)及び(b)に示すように、ゲート絶縁膜15を覆うようにSi基板1上の全面に導電膜75を形成する。ここで、導電膜75には、例えばリン(P)またはボロン(B)等の導電性不純物を添加したPoly−Siを使用する。次に、図19(a)及び(b)に示すように、コントロール・ゲート17の形成領域を覆い、それ以外の領域を露出するレジストパターン77を導電膜上に形成する。そして、このレジストパターン77をマスクに導電膜をドライエッチングして、コントロール・ゲート17を形成する。
なお、図2〜図21で説明したような方法で、図24に示したようなDiNOR回路200を形成することも可能である。その場合は、DiNOR回路200の複数の素子分離領域(即ち、Si層5、9を残さない領域)220に、支持体穴hや溝Hを選択的に配置すれば良い。
Claims (6)
- 基板上に第1絶縁膜を介して形成された第1半導体層と、
前記第1半導体層上に第2絶縁膜を介して形成された第2半導体層と、
前記第1半導体層の少なくとも一つの側面に形成された第1導電型MOSトランジスタと、
前記第2半導体層の少なくとも一つの側面に形成された第2導電型MOSトランジスタと、を備え、
前記第1導電型MOSトランジスタ及び前記第2導電型MOSトランジスタは、共通の電荷蓄積層及び共通のコントロール・ゲートを有し、
前記共通の電荷蓄積層は、前記第1半導体層と前記第2半導体層とに挟まれた前記第2絶縁膜中に設けられていることを特徴とする半導体装置。 - 基板上に第1絶縁膜を介して形成された第1半導体層と、
前記第1半導体層上に第2絶縁膜を介して形成された第2半導体層と、
前記第1半導体層の少なくとも一つの側面に形成された第1導電型MOSトランジスタと、
前記第2半導体層の少なくとも一つの側面及び上面に形成された第2導電型MOSトランジスタと、を備え、
前記第1導電型MOSトランジスタ及び前記第2導電型MOSトランジスタは、共通の電荷蓄積層及び共通のコントロール・ゲートを有し、
前記共通の電荷蓄積層は、前記第1半導体層と前記第2半導体層とに挟まれた前記第2絶縁膜中に設けられていることを特徴とする半導体装置。 - 前記共通の電荷蓄積層は、前記第1半導体層と前記第2半導体層とに挟まれた前記第2絶縁膜中だけに設けられていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の半導体装置。
- 前記第1導電型MOSトランジスタのドレインと、前記第2導電型MOSトランジスタのドレインとが電気的に接続されていることを特徴とする請求項1から請求項3の何れか一項に記載の半導体装置。
- 前記第1半導体層及び前記第2半導体層はシリコンであり、シリコンとの接触により生じる障壁エネルギーに関して、
前記第2絶縁膜は、前記第1導電型MOSトランジスタのゲート絶縁膜及び前記第2導電型MOSトランジスタのゲート絶縁膜のどちらよりも前記障壁エネルギーが小さい膜で形成されていることを特徴とする請求項1から請求項4の何れか一項に記載の半導体装置。 - 半導体基板上に第1犠牲半導体層、第1半導体層、第2犠牲半導体層及び第2半導体層を順次積層する工程と、
前記第2半導体層、前記第2犠牲半導体層、前記第1半導体層及び前記第1犠牲半導体層を部分的に順次エッチングして、当該各半導体層を貫く第1溝を形成する工程と、
前記第1半導体層と前記第2半導体層とを支持する支持体を前記第1溝内に形成する工程と、
前記支持体を形成した後で、前記第2半導体層、前記第2犠牲半導体層、前記第1半導体層及び前記第1犠牲半導体層を部分的に順次エッチングして当該各半導体層の側面を露出させる第2溝を形成する工程と、
前記第1半導体層及び前記第2半導体層よりも前記第1犠牲半導体層及び前記第2犠牲半導体層の方がエッチングされ易いエッチング条件で、前記第2溝を介して前記第1犠牲半導体層及び前記第2犠牲半導体層をエッチングすることによって、前記半導体基板と前記第1半導体層との間に第1空洞部を形成すると共に、前記第1半導体層と前記第2半導体層との間に第2空洞部を形成する工程と、
前記第1空洞部内に第1絶縁膜を形成すると共に、前記第2空洞部を残しつつ当該第2空洞部に面した前記第1半導体層の上面及び前記第2半導体層の下面にそれぞれ第2絶縁膜を形成する工程と、
前記第1絶縁膜及び前記第2絶縁膜を形成した後で、前記第1半導体層の前記第2溝に面した側面に第1導電型MOSトランジスタを形成すると共に、前記第2半導体層の前記第2溝に面した側面に前記第2導電型MOSトランジスタを形成する工程と、を含み、
前記第1導電型MOSトランジスタ及び前記第2導電型MOSトランジスタを形成する工程では、
前記第2絶縁膜が形成された前記第2空洞部内に共通の電荷蓄積層を形成し、
前記第1半導体層の前記第2溝に面した側面と前記第2半導体層の前記第2溝に面した側面とにそれぞれゲート絶縁膜を形成し、その後、
前記ゲート絶縁膜を覆うように前記第1半導体層の前記側面から前記第2半導体層の前記側面にかけて共通のコントロール・ゲートを形成することを特徴とする半導体装置の製造方法。
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