JP4802040B2 - 不揮発性半導体記憶装置 - Google Patents

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Description

本発明は、浮遊ゲート電極を有する不揮発性半導体記憶素子からなる複数のメモリセルブロックを有し、かつ、選択ゲートトランジスタによってメモリセルブロックの選択を行う不揮発性半導体記憶装置に関するものである。
EEPROMのメモリセルは通常、半導体基板に浮遊(フローティング)ゲート電極(電荷蓄積層)と制御ゲート電極を積層したMISFET構造を有する。このメモリセルトランジスタは、浮遊ゲート電極に電荷を注入した状態でのしきい値と、その電荷を放出した状態でのしきい値との差によりデータを不揮発に記憶する。電荷の注入、放出は、浮遊ゲート電極と基板チャネルとの間のトンネル絶縁膜を介してトンネル電流によって行われる。
EEPROMの中で、複数のメモリセルを直列接続してNANDセルユニットを構成するのが、いわゆるNAND型EEPROMである。NAND型EEPROMは、選択ゲートをそれぞれ有するEEPROMと比べて選択トランジスタ数が少なくて済むことから、高密度化が可能である。
フラッシュメモリにおいては、消去時には、短チャネル効果の影響を受けにくくするために、浮遊ゲート電極と基板チャネルとのトンネル絶縁膜を介してトンネル電流を流すことにより消去を実行する。この消去は、単位時間に消去されるメモリセル数を増やすために、例えば、複数のメモリセルで同時に実行される。このために、メモリセルの形成されている半導体メモリセルウェルに10V以上、例えば、20Vの正の電圧を印加することによって浮遊ゲート電極から基板に電子を引き抜く。
一方、書き込み時には半導体ウェル電圧は0Vに保ち、半導体ウェルよりも充放電容量の小さいメモリセルのソースドレイン拡散層に10V以上の正の電圧を印加することにより、前記ウェルを充放電する電力を削減し、動作速度を高速化することができる。
ここで、例えばNAND接続されたメモリセルでは、書き込み不良を避けるためには、選択されたメモリセルに直列に接続された非選択メモリセルのしきい値のばらつきを十分小さくし、選択されたメモリセルの読み出し時の電流ばらつきを減少させる必要がある。書き込み後のしきい値の分布を狭く維持して、チップばらつきを小さくするために、前記正の電圧を例えば、0.5V以下のばらつき範囲で制御する必要がある。従って、制御ゲート電極のリーク電流が大きいことや耐圧が低いこと、およびしきい値ばらつきの大きいことは、書きこみ不良の原因となる。
なお、この種の関連技術として、NAND型フラッシュメモリにおける素子分離領域に着目した技術が開示されている(特許文献1参照)。
特開2005−79165号公報
本発明は、選択ゲートトランジスタのしきい値の低下を防ぐことにより、メモリセルの書き込み特性を改善した不揮発性半導体記憶装置を提供する。
この発明の第1の態様に係る不揮発性半導体記憶装置は、並列に配置された複数のNANDストリングを有する不揮発性半導体記憶装置であって、前記NANDストリングの各々は、半導体基板に素子分離領域を形成する素子分離絶縁膜によって分離された素子領域上に第1の絶縁膜を介して形成された浮遊ゲート電極と、前記浮遊ゲート電極上に第2の絶縁膜を介して前記浮遊ゲート電極の側面および上面を覆うように形成された制御ゲート電極とをそれぞれ有する複数の不揮発性メモリセルの電流通路が直列に接続されたメモリセルブロックと、前記浮遊ゲート電極と同じ電極材の第1の電極層と前記制御ゲート電極と同じ電極材の第2の電極層とが、前記第2の絶縁膜と同じ絶縁材の第3の絶縁膜の一部に形成された第1の開口部を介して直接接して形成された第1のゲート電極を有し、電流通路の一端が前記メモリセルブロック中の直列接続された不揮発性メモリセルの電流通路の一端に接続され、電流通路の他端がデータ転送線コンタクトを介してデータ転送線に接続された第1の選択ゲートトランジスタと、前記浮遊ゲート電極と同じ電極材の第3の電極層と前記制御ゲート電極と同じ電極材の第4の電極層とが、前記第2の絶縁膜と同じ絶縁材の第4の絶縁膜の一部に形成された第2の開口部を介して直接接して形成された第2のゲート電極を有し、電流通路の一端が前記メモリセルブロック中の直列接続された不揮発性メモリセルの電流通路の他端に接続され、電流通路の他端がソース線コンタクトを介してソース線に接続された第2の選択ゲートトランジスタとを具備し、隣接する前記NANDストリングにそれぞれ含まれる前記データ転送線コンタクトの間の前記素子分離絶縁膜の上面の高さは、前記第1の選択ゲートトランジスタの電流通路の他端と前記データ転送線コンタクトとの間の素子領域における前記半導体基板の主表面の高さより高く、且つ隣接する前記NANDストリングにそれぞれ含まれる前記データ転送線コンタクトの間の前記素子分離絶縁膜の上面の高さは、隣接する前記メモリセルブロックの間の、該メモリセルブロックを構成する前記不揮発性メモリセルのソース電極またはドレイン電極に接した前記素子分離絶縁膜の上面高さよりも高い、或いは隣接する前記NANDストリングにそれぞれ含まれる前記ソース線コンタクトの間の前記素子分離絶縁膜の上面の高さは、前記第2の選択ゲートトランジスタの電流通路の他端と前記ソース線コンタクトとの間の素子領域における前記半導体基板の主表面の高さより高く、且つ隣接する前記NANDストリングにそれぞれ含まれる前記ソース線コンタクトの間の前記素子分離絶縁膜の上面の高さは、隣接する前記メモリセルブロックの間の、該メモリセルブロックを構成する前記不揮発性メモリセルのソース電極またはドレイン電極に接した前記素子分離絶縁膜の上面高さよりも高い
この発明の第2の態様に係る不揮発性半導体記憶装置は、半導体基板に素子分離領域を形成する素子分離絶縁膜によって分離された素子領域上に第1の絶縁膜を介して形成された浮遊ゲート電極と、前記浮遊ゲート電極上に第2の絶縁膜を介して前記浮遊ゲート電極の側面および上面を覆うように形成された制御ゲート電極とをそれぞれ有する複数の不揮発性メモリセルの電流通路が直列に接続されたメモリセルブロックと、前記浮遊ゲート電極と同じ電極材の第1の電極層と前記制御ゲート電極と同じ電極材の第2の電極層とが、前記第2の絶縁膜と同じ絶縁材の第3の絶縁膜の一部に形成された第1の開口部を介して直接接して形成された第1のゲート電極を有し、電流通路の一端が前記メモリセルブロック中の直列接続された不揮発性メモリセルの電流通路の一端に接続され、電流通路の他端がデータ転送線コンタクトを介してデータ転送線に接続された第1の選択ゲートトランジスタと、前記浮遊ゲート電極と同じ電極材の第3の電極層と前記制御ゲート電極と同じ電極材の第4の電極層とが、前記第2の絶縁膜と同じ絶縁材の第4の絶縁膜の一部に形成された第2の開口部を介して直接接して形成された第2のゲート電極を有し、電流通路の一端が前記メモリセルブロック中の直列接続された不揮発性メモリセルの電流通路の他端に接続され、電流通路の他端がソース線コンタクトを介してソース線に接続された第2の選択ゲートトランジスタとを具備し、前記素子分離領域に形成されている前記第2の絶縁膜の底面の高さより、前記第1の開口部に接して前記素子分離領域に形成されている前記第3の絶縁膜の底面の高さが高い、或いは前記素子分離領域に形成されている前記第2の絶縁膜の底面の高さより、前記第2の開口部に接して前記素子分離領域に形成されている前記第4の絶縁膜の底面の高さが高い。
本発明によれば、選択ゲートトランジスタのしきい値の低下を防ぐことにより、メモリセルの書き込み特性を改善した不揮発性半導体記憶装置を提供することが可能である。
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明において、同一の機能及び構成を有する要素については、同一符号を付す。また、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なっている場合がある。
(第1の実施形態)
図1及び図2に本発明の第1の実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置の構造を示す。図の記号の添え字は、用いられている素子の位置の違いを表わすためのものであり、主記号が同じものは同じ工程で形成された同じ材質の材料を示している。
図1及び図2は、それぞれ、NANDストリング45の等価回路およびそのNANDストリングを複数個並列させたレイアウトの平面図である。図2では、図1のNANDストリングを3つ並列して配置した構造を示している。メモリセル及び選択ゲートトランジスタの構造をわかりやすくするために、図2では、制御ゲート電極27よりも下層の構造のみを示している。
図1で示されるように、浮遊ゲート電極(電荷蓄積電極)26を有するMOSトランジスタからなる不揮発性メモリセルM0〜M15はその電流経路が直列に接続されておりNAND型メモリセルブロックを構成する。このNAND型メモリセルブロックの直列接続された電流経路の一端が第1の選択ゲートトランジスタS1の電流経路の一端に接続され、それを介してBL(Bit Line)と記してあるデータ転送線に接続されている。また、他の一端は第2の選択ゲートトランジスタS2の電流経路の一端に接続され、それを介してSL(Source Line)と記してある共通ソース線に接続されている。
それぞれのトランジスタは、同一のp-ウェル(Well)領域(p型シリコン領域)23上に形成されている。また、それぞれの不揮発性メモリセルM0〜M15の制御ゲート電極27は、WL0〜WL15と記したデータ転送線に直交したデータ選択線に接続されている。
ここで、データ転送線BLに沿った複数のメモリセルブロックからから1つのメモリセルブロックを選択してデータ転送線に接続するため、第1の選択ゲートトランジスタS1の制御電極(第1のゲート電極27SSL)はブロック選択線SSL(第1の制御線)に接続されている。さらに、第2の選択ゲートトランジスタS2の制御電極(第2のゲート電極27GSL)はブロック選択線GSL(第2の制御線)に接続されている。NAND型メモリセルブロック、第1の選択ゲートトランジスタS1、および第2の選択ゲートトランジスタS2は、いわゆるNANDストリング45(破線の領域)を形成している。
本実施形態においては、NANDストリング45全体が同一のプロセス、即ち、第1および第2の選択ゲートトランジスタS1およびS2はメモリセルエレメントM0〜M15と同一のプロセスで作成されているとする。従って、選択ゲートトランジスタS1およびS2にも、メモリセルエレメントM0〜M15の浮遊ゲート電極26と同じ電極材料からなる電極層である第2の電極層26SSL(第1のゲート電極)及び第4の電極層26GSL(第2のゲート電極)が一旦形成された構造となっている。
同様に、第1および第2の選択ゲートトランジスタS1およびS2の制御配線である第1の制御線SSLおよび第2の制御線GSLもメモリセルエレメントの制御配線であるデータ選択線WL0〜WL15と同じ層の同一材料の電極材料からなる配線として形成されている。
また、NANDストリング45には、第1の制御線SSLおよび第2の制御線GSLからなるブロック選択線は少なくとも1本以上あればよく、データ選択線WL0〜WL15と同一方向に平行に形成されることが、高密度化には望ましい。
本実施形態では、NANDストリング45に16=2個のメモリセルが接続されている例を示したが、データ転送線BLおよびデータ選択線WL0〜WL15に接続するメモリセルの数は複数であればよく、2n個(nは正の整数)であることがアドレスデコードをする上で望ましい。
さらに、図3、図4、および図5、図6、図7、図8、図9はそれぞれ、図2の矢視A−A’,E−E’およびB−B’,C−C’,D−D’,F−F’,G−G’方向の断面図である。
図3は、A−A’方向の断面図であってNAND型メモリセルブロックおよび選択ゲートトランジスタを含んだ領域の断面図に相当する。図4はE−E’方向の断面図であって素子分離領域の断面図に相当する。図5は、B−B’方向の断面図であってメモリセル部の断面図に相当する。図6および図7は、それぞれC−C’およびD−D’方向の断面図であって第1の選択ゲートトランジスタS1の断面図に相当する。ここで、図7は後で述べるスリット状に開口されたブロック絶縁膜の開口部での断面になっている。図8および図9は、それぞれF−F’及びG−G’方向の断面図であってドレイン電極及びソース電極での断面図に相当する。
図2、図3、図5および図6において、例えば、ボロン不純物濃度が1014cm-3から1019cm-3の間のp−ウェル領域23の上に、例えば、3〜15nmの厚さのシリコン酸化膜またはオキシナイトライド膜からなるトンネルゲート絶縁膜である第1の絶縁膜25,25SSL,25GSLが形成されている。
さらに、その第1の絶縁膜25,25SSL,25GSLの上に、例えばリンまたは砒素を1018cm-3から1021cm-3添加したポリシリコン等からなる浮遊ゲート電極26及びそれと同じ電極材料からなる電極層である第2の電極層26SSL(第1のゲート電極)および第4の電極層26GSL(第2のゲート電極)が10nmから500nmの厚さで形成されている。
これらは、例えばシリコン酸化膜からなる素子分離絶縁膜24が形成されていない領域上において、p−ウェル領域23と自己整合的に形成されている。即ち、半導体領域であるp−ウェル領域23に第1の絶縁膜25及び浮遊ゲート電極26を全面堆積した後、パターニングしてp−ウェル領域23に達するまでエッチングし、更に例えば0.05〜0.5μmの深さまでp−ウェル領域23をエッチングする。そしてそこに、素子分離絶縁膜24を埋め込むことで形成することができる。このように第1の絶縁膜25および浮遊ゲート電極26を段差のない平面に全面形成できるので、より均一性の向上した特性の揃った製膜を行うことができる。
本実施形態においては、この後、浮遊ゲート電極26の側面を露出するために素子分離絶縁膜24をエッチングする際に、図2のメモリセルストリングの全面をエッチングするのではなく、例えば、レジストとリソグラフィプロセスを用いることで、図10に示した範囲をエッチングする。即ち、少なくともデータ転送線コンタクト31を含んだ領域およびソース線コンタクト31を含んだ領域はエッチングされないようにしてメモリセル部をエッチングする。
この上に、例えば、厚さ5nmから30nmの間のシリコン酸化膜またはオキシナイトライド膜、またはシリコン酸化膜/シリコン窒化膜/シリコン酸化膜からなるブロック絶縁膜50(第2の絶縁膜),50SSL(第3の絶縁膜),50GSL(第4の絶縁膜)が形成されている。
さらにこの第2、第3、第4の絶縁膜50,50SSL,50GSLを介して、不純物、例えばリン、砒素、またはボロンが1017〜1021cm-3の濃度で添加されたポリシリコン、或いは、WSi(タングステンシリサイド)とポリシリコンとのスタック構造、或いは、NiSi,MoSi,TiSi,CoSiとポリシリコンのスタック構造からなる制御ゲート電極27及びそれと同じ電極材料からなる第1のゲート電極27SSLと第2のゲート電極27GSLが10nmから500nmの厚さで形成されている。
この制御ゲート電極27は、図2において隣接するメモリセルブロックで接続されるように図2において紙面左右方向にブロック境界まで形成されており、データ選択線WL0〜WL15を形成している。制御ゲート電極27が、素子分離絶縁膜24の上を経由して隣接ブロックの制御ゲート電極と接続している様子は、図5においても示されている。
同様に、図6および図7に示されるように、第1のゲート電極27SSLおよび第2のゲート電極27GSLも、素子分離絶縁膜24を間において隣接する第1のゲート電極および第2のゲート電極と素子分離絶縁膜24の上側で接続されていて、第1の制御線SSLおよび第2の制御線GSLを形成している。
なお、p−ウェル領域23は、n型シリコン領域22によって分離されており、p型半導体基板21とは独立に電圧が印加できるようになっている。このことは、消去時の昇圧回路負荷を減らし消費電力を抑えるためには望ましい。
本実施形態のゲート形状では、p−ウェル領域23の側壁が素子分離絶縁膜24で覆われているので、浮遊ゲート電極26を形成する前のエッチングで露出することがなく、浮遊ゲート電極26がp−ウェル領域23よりも下に来ることを防ぐことができる。
従って、p−ウェル領域23と素子分離絶縁膜24との境界での、ゲート電界集中やしきい値の低下した寄生トランジスタが生じにくい。さらに、電界集中に起因する書き込みしきい値の低下現象、いわゆる、サイドウォーク(sidewalk)現象が生じにくくなるため、より信頼性の高いトランジスタを形成することができる。
図3に示すように、これらゲート電極の両側には、例えば5nmから200nmの厚さのシリコン窒化膜またはシリコン酸化膜からなる側壁絶縁膜43が形成されている。そして、それらを間においてp−ウェル領域23内に各メモリセルのソース電極またはドレイン電極となるn型拡散層28が形成されている。
これらn型拡散層28、浮遊ゲート電極26、および制御ゲート電極27により、浮遊ゲート電極26に蓄積された電荷量を情報量とする浮遊ゲート型EEPROMセルが形成されている。そのゲート長は、0.5μm以下0.01μm以上であるとする。
これらのソース-ドレインn型拡散層28は、例えばリンや砒素、アンチモンの表面濃度が1017cm-3から1021cm-3となるように深さ10nmから500nmの間で形成されている。さらに、これらn型拡散層28は隣接するメモリセル同士で共有され、メモリセルの電流通路が直列接続されるNAND接続が実現されている。
また、図3において、第2の電極層26SSL(第1のゲート電極)および第4の電極層26GSL(第2のゲート電極)は、それぞれ第1の制御線SSLおよび第2の制御線GSLに相当するブロック選択線に接続されたゲート電極であり、前記浮遊ゲート型EEPROMの浮遊ゲート電極26と同層で形成されている。第2の電極層26SSL(第1のゲート電極)および第4の電極層26GSL(第2のゲート電極)のゲート長は、メモリセルゲート電極のゲート長よりも長く、例えば、1μm以下0.02μm以上となるように形成することにより、ブロック選択時と非選択時のオンオフ比を大きく確保でき、誤書き込みや誤読み出しを防止できる。
また、第1の選択ゲートトランジスタS1の電流通路(チャネル)の一端に接続されたドレイン電極となるn型拡散層28は、データ転送線コンタクト31を介してデータ転送線36(BL)と接続されている。データ転送線36(BL)は、隣接するNANDストリングで接続されるように図2において紙面上下方向にNANDストリングの境界まで形成されている。ここで、データ転送線36(BL)は例えば、タングステン、タングステンシリサイド、チタン、チタンナイトライド、或いはアルミニウム等の材料からなる。
一方、第2の選択ゲートトランジスタS2の電流通路(チャネル)の一端に接続されたソース電極となるn型拡散層28は、ソース線コンタクト31を介してソース線33(SL)と接続されている。このソース線33(SL)は、隣接するNANDストリングで接続されるように図2において紙面左右方向にNANDストリング境界まで形成されている。勿論、n型拡散層(ソース電極)28を紙面左右方向にNANDストリング境界まで形成することにより、ソース線としてもよい。
これらのデータ転送線コンタクト31、および、ソース線コンタクト31には、例えばn型またはp型にドープされたポリシリコンやタングステン、或いはタングステンシリサイド、Al、TiN、Tiなどを用いて充填されていてよく、それらは導電体領域となっている。さらに、これらソース線33およびデータ転送線36と、前記トランジスタとの間は、例えばSiOやSiNらなる層間絶縁膜38によって充填されている。さらに、このデータ転送線36上部には、例えばSiO、SiN、または、ポリイミド等からなる絶縁膜保護層37や、図には示していないが、例えば、W,AlやCuからなる上部配線が形成されている。
ここで、選択ゲート制御線SSL(第1の制御線)及びGSL(第2の制御線)によって接続された第1及び第2の選択ゲートトランジスタにおいては、第3、第4の絶縁膜50SSL,50GSLを形成した後、第3、第4の絶縁膜50SSL、50GSLを、図2の破線のように、素子分離領域を間において隣接するNANDストリングで共通にスリット状に開口してエッチングする。第3の絶縁膜50SSLに開口されたスリット状の開口部を第1の開口部11、第4の絶縁膜50GSLに開口されたスリット状の開口部を第2の開口部12とする。
これにより、素子領域においては第2の電極層26SSLと第1の電極層27SSLとが第1の開口部11を介して接続されて第1のゲート電極を形成し、また、第4の電極層26GSLと第3の電極層27GSLとが第2の開口部12を介して接続されて第2のゲート電極を形成する。これは、選択ゲートトランジスタS1及びS2のカットオフを良好にして、更に第2の電極層26GSL及び第4の電極層26SSLに電荷が蓄積されてしきい値がずれる問題を防ぐためである。
また、第3の絶縁膜50SSLおよび第4の絶縁膜50GSLをスリット状に開口してエッチングしたとき、素子領域においては、開口部11および12の下の浮遊ゲート電極26と同じ電極材料からなる第2の電極層26SSL及び第4の電極層26GSLが幾分抉られる。従って、その上に制御ゲート電極27と同じ電極材料からなる第1の電極層27SSL及び第3の電極層27GSLを形成した場合には、図3に示されるように、第1の開口部11および第2の開口部12を経てさらにその下まで突き出た形状で第2の電極層26SSL及び第4の電極層26GSLと直接接することになる。このように、第1の電極層27SSL及び第3の電極層27GSLが、それぞれ、第2の電極層26SSL及び第4の電極層26GSL内に突き出した形状となることによって、第2の電極層26SSLと第1の電極層27SSL間及び第4の電極層26GSLと第3の電極層27GSL間の接触面積を増大させ、接触部の抵抗を下げることができる。
さらに第3の絶縁膜50SSLおよび第4の絶縁膜50GSLは素子領域に挟まれている素子分離領域にも存在しており、図6に示されるように素子分離絶縁膜24の上面と直接接している。そして図2の破線に示されるように、第1の開口部11および第2の開口部12は素子分離領域においても開口している。従って、素子分離領域にも広がって存在している第1の電極層27SSL及び第3の電極層27GSLは、第1の開口部11および第2の開口部12を介して図7に示されるように素子分離絶縁膜24の上面と直接接することになる。
この場合も、開口部11および12の下の素子分離絶縁膜24がエッチング時に幾分抉られるので、素子分離領域においては図4に示されるように第1の電極層27SSL及び第3の電極層27GSLは第1の開口部11および第2の開口部12を経てさらにその下まで突き出た形状で素子分離絶縁膜24と直接接することになる。
上述したように本実施形態においては、素子分離絶縁膜24をエッチングする際に、図10に示されるようにデータ転送線コンタクト31を含んだ領域およびソース線コンタクト31を含んだ領域はエッチングしないようにしてメモリセル部を含んだ領域をエッチングしている。そのときに素子分離絶縁膜24上でエッチングされた領域とエッチングされなかった領域との境界を図2の境界100、110、120で示す。
境界100、110、120が示すように、本実施形態においては、第3および第4の絶縁膜50SSL,50GSLをスリット状に開口してエッチングする領域に、前記メモリセル部を含んだ領域のエッチングは到達しないようにする。即ち、第3および第4の絶縁膜50SSL,50GSLをスリット状に開口してエッチングする領域は、素子分離絶縁膜24のエッチングと重複してエッチングされることはない。
従って、図4で示されるように素子分離領域を形成する素子分離絶縁膜24の上においては、メモリセル部と接続している第2の絶縁膜50の高さhよりも、第1および第2の選択ゲートトランジスタ部と接続している第3および第4の絶縁膜50SSL,50GSLの少なくとも上記スリット状開口部に接する部分での高さhの方が高くなっている。
ここで比較のために、本実施形態とは異なって選択ゲートトランジスタを含んだ図2に示される領域の素子分離絶縁膜24をエッチバック(素子分離全面エッチバック)した場合の、図3、図4、図5、図6、図7、図8、図9に対応する断面図を図11、図12、図13、図14、図15、図16、図17に示す。それぞれ図3乃至図9と同様に、図2の矢視A−A’,E−E’およびB−B’,C−C’,D−D’,F−F’,G−G’方向の断面図である。
素子分離全面エッチバックを行った図15の場合に比べて、図7で示されるように本実施形態では、上記スリット状の開口部において素子分離絶縁膜24上に接して形成された第1のゲート電極27SSLの底面がより高い位置に形成されることになる。
このため、図15のように第1のゲート電極27SSL(第1の電極層)とメモリセルのp-ウェル領域23が接近することを防いで、図7で示されるように第1のゲート電極27SSLをp−ウェル領域23から離すことが可能になる。従って、ゲート電圧が変化した場合のメモリセルのp−ウェル領域23に対する影響力を、第1のゲート電極26SSLが素子分離絶縁膜24よりも上に飛び出した形状となっている図15の場合に比べて、小さくすることが可能となる。
即ち、本実施形態の場合は、第1のゲート電極26SSL(第2の電極層)の電圧が変化することにより、ゲート端から電気力線がp−ウェル領域23の上部領域に達してp−ウェル領域23内に電荷を生じさせる効果が、素子分離全面エッチバックした場合に比べてより小さくすることができる。従って、上記効果によってp−ウェル領域23に生じた電荷による、選択ゲートトランジスタのしきい値が低下する問題を抑制することができる。
プログラム時に、データを書き込まないよう選択したNANDストリングに対しては、まず、第1の選択ゲートトランジスタS1のゲート電極を高電位のオンにしてNANDストリングに電荷を蓄積した後、ゲート電極の電位をやや下げてオフ状態にして、NANDストリングをフローティング状態にしておく。このとき、第1の選択ゲートトランジスタS1のしきい値が低すぎるとNANDストリング45に蓄積した電荷がデータ転送線36(BL)側に逃げてしまい誤書き込みの原因となる。しかし本発明の本実施形態によればしきい値の低下を回避できるのでセルの誤書きこみを抑制した信頼性の高い不揮発性半導体装置を実現することができる。
また、素子分離全面エッチバックを用いた場合は、素子分離絶縁膜24の上の第1のゲート電極27SSL及び第2のゲート電極27GSLの底面高さのばらつきが、第3および第4の絶縁膜50SSL,50GSLをスリット状に開口してエッチングしたときのエッチング深さのばらつきや、浮遊ゲート膜厚のばらつきに加えて、素子分離全面エッチバックによるエッチング深さのばらつきが加算されて大きくなるという問題点を有していた。このばらつきは、選択ゲートトランジスタのしきい値のばらつきに反映され、低すぎるしきい値の要因の1つになっていた。
しかし、先に述べたように本実施形態においては、メモリセルを含んだ領域の素子分離絶縁膜24を選択的にエッチングするので、選択ゲートトランジスタのスリット部分及びその周辺は図10に示されるようにエッチングが行われない。よって、素子分離絶縁膜24の上の第1のゲート電極27SSL及び第2のゲート電極27GSLの底面の高さのばらつきには、素子分離全面エッチバックによるエッチング深さのばらつきは加わらない。それゆえ、素子分離全面エッチバックを行う場合よりも、選択ゲートトランジスタのしきい値のばらつきを小さくすることができる。従って、ばらつきが大きい場合に生じ得る、選択ゲートトランジスタのしきい値が大きく低下する事態を回避できるようになるので、このことによっても、セルの誤書き込みに対する抑制効果が得られる。
また、微細化により、隣接セルの容量結合が大きくなり、p−ウェル領域23の空乏層の影響がより大きくなるため、第2の絶縁膜50を挟んだ浮遊ゲート電極26と制御ゲート電極27との対向面積をより大きく確保する必要がある。
このため、素子分離全面エッチバックを行った場合に浮遊ゲート電極26の側面を大きく露出させると、図15に示されるように第1のゲート電極27SSLの素子分離領域における底面がメモリセルのp−ウェル領域23に接近するため、選択ゲートトランジスタのしきい値の低下およびそれのばらつきが大きな問題となる。しかし本実施形態によって、この問題を緩和することができる。
一般に、選択ゲートトランジスタのしきい値のばらつきを補償するために、しきい値を高く設定しようとすると、データ転送線36(BL)から充分高い電圧をNANDストリング45に供給することができないため、しきい値の設定マージンが狭く制限されてしまう。しかし、本実施形態においては、選択ゲートトランジスタのしきい値低下を抑制することができるため、このマージンを確保しやすくなる。従って、選択ゲートトランジスタのしきい値を高くするためにチャネル濃度を高くする必要がなくなる。それによって、ソース電極やドレイン電極との間の接合耐圧劣化やゲートに0Vを印加した場合に生じる接合リーク劣化を防止し、データ転送線のリークを防止することができる。
また、微細加工が進むにつれ、その上でデータ転送線コンタクト31(BLコンタクト)やソース線コンタクト31(SLコンタクト)を作成するp−ウェル領域23の基板と平行方向(図11の断面方向)の長さが、セルの最小デザイン幅Fに対して、3F、即ち3倍よりも充分大きくなる。
従って、素子分離絶縁膜24に対して素子分離全面エッチバックを行っている場合は、ゲート電極加工のための異方性エッチングにおけるマイクロローディング効果によって、図12に示されるように、データ転送線コンタクト31側の素子分離領域表面60或いはソース線コンタクト31側の素子分離領域表面60はメモリセル側の素子分離領域表面60より深く掘れてしまう。マイクロローディング効果とは、ドライエッチングで加工する場合に、加工対象のパターンの粗密によってエッチングレートが異なる現象である。
この結果、図16および図17に示されるように、素子分離絶縁膜24の上面の高さが、素子領域におけるp−ウェル領域23の上面の高さより低くなってしまう。
それに対して本実施形態においては、図10に示すように素子分離絶縁膜24を全面でエッチバックしないので、図4で示されるように、データ転送線コンタクト31側の素子分離領域表面60およびソース線コンタクト31側の素子分離領域表面60はメモリセル側の素子分離領域表面60より高くなり得る。
そして、図8及び図9のように、データ転送線コンタクト(BLコンタクト)及びソース線コンタクト(SLコンタクト)のための接合(ドレイン電極28およびソース電極28)を形成するp−ウェル領域23に接する素子分離絶縁膜24の上面の高さは、上記接合が形成されるp−ウェル領域23の素子領域での上面に対して、より高い位置に保つことができる。
即ち、図2においてそれぞれ隣接するNANDストリングに含まれるBLコンタクトの間或いはSLコンタクトの間に挟まれた素子分離領域での素子分離絶縁膜24の上面の高さが素子領域でのp−ウェル領域23の上面の高さよりも高い構造となっている。ここで、p−ウェル領域23の素子領域での上面の高さとは、例えば、第1の選択ゲートトランジスタS1の電流通路の一方の端とデータ転送線コンタクト31との間の素子領域における半導体基板であるp−ウェル領域23の主表面の高さ、或いは、第2の選択ゲートトランジスタS2の電流通路の一方の端とソース線コンタクト31との間の素子領域における半導体基板であるp−ウェル領域23の主表面の高さである。
このような素子分離絶縁膜24の存在によって、ソース電極28およびドレイン電極28を形成するためのn型イオン注入が、メモリセルのp−ウェル領域23の素子分離絶縁膜24に接する側面から入ることを防止することができる。従って、深い接合が形成されるのを防ぐことができる。
素子分離全面エッチバックを行った場合にはそのような効果は得られないので、図11に示されるように深い接合のソース電極28またはドレイン電極28が形成されてしまう。その結果、例えば、選択ゲートトランジスタS2を通じたリークが増大し、カットオフしにくくなるという問題が生じてしまう。
しかし、上述したように本実施形態においては、図4の素子分離領域表面60、60あるいは図8および図9に示されるように、素子分離絶縁膜24の上面の高さを高くすることができる。従って、図3に示されるようにソース電極28及びドレイン電極28を浅い接合として形成することが可能となって、この問題を回避することができる。また、データ転送線側のBLコンタクト31でも、ドレイン電極28間の素子分離絶縁膜24を介したパンチスルーが生じにくくなり、データ転送線(BL)間の電気的分離が保ちにくくなる問題を防止することができる。
上に述べたように、素子分離全面エッチバックを用いて、浮遊ゲート電極と素子分離をセルフアラインで形成する従来の不揮発性半導体メモリでは、選択ゲートトランジスタ領域でも浮遊ゲート電極26と同じ電極材が素子分離絶縁膜24の上面よりも上に大きく飛び出した形状を形成することになる。
そのため、第3および第4の絶縁膜50SSL,50GSLをスリット状に開口してエッチングする部分の素子分離絶縁膜24の高さが低下し、第1のゲート電極27SSLとメモリセルのp−ウェル領域23が接近する。第1のゲート電極27SSLとメモリセルのp−ウェル領域23が接近することにより、浮遊ゲート電極26の電圧が変化して、ゲート端から電気力線がp−ウェル領域23の上部半導体領域に達してp−ウェル領域23に電荷を生じさせる効果が大きくなる。そのため、選択ゲートトランジスタのしきい値が低下するという問題が生じる。
これによって、プログラム時にデータを書き込まないように選択したNANDストリングの中に、データが書き込まれないようにするために蓄積された電荷が、データ転送線36側に逃げてしまうという問題が生じ、セルの誤書きこみが生じる原因となっていた。
また、素子分離全面エッチバックを用いた場合、素子分離絶縁膜24の上面の高さ、即ち第1のゲート電極27SSL及び第2のゲート電極27GSLの素子分離領域における底面高さのばらつきには、浮遊ゲート電極の膜厚のばらつき及び第3の絶縁膜50SSL,第4の絶縁膜50GSLをスリット状に開口してエッチングするエッチング深さのばらつきに加えて、素子分離絶縁膜24のエッチング深さのばらつきも加わる。そのため、ばらつきがその分大きくなる。その結果、選択ゲートトランジスタのしきい値をさらに大きく低下させる事態を招くことがあった。
本発明の本実施形態の不揮発性半導体記憶装置の構造を用いれば、素子分離絶縁膜24をエッチングする際に選択ゲートトランジスタのスリット部分及びその周辺は図10に示されるようにエッチングが行われない。それによって、選択ゲートトランジスタ領域における、浮遊ゲート電極26と同じ電極材料からなる電極層26GSL、26SSLの素子分離絶縁膜24の上面よりも上への飛び出しを小さくすることができる。
即ち、図7に示されるように第1のゲート電極27SSL及び第2のゲート電極27GSLの素子分離領域における底面がメモリセルのp−ウェル領域23に接近するのを防ぐことが出来る。その結果、しきい値の低下及びそのばらつきが抑制された選択ゲートトランジスタを実現することが可能となる。
これによって、プログラム時に、データを書き込まないよう選択的にNANDストリングに蓄積した電荷がデータ転送線側に逃げてしまう問題を防止し、セルの書きこみ特性や選択されていないデータ転送線のリードディスターブ特性を改善することができる。
さらに、微細加工が進むことによって、データ転送線(BL)コンタクト31やソース線(SL)コンタクト31を作成するp−ウェル領域23の長さが、セルの最小デザイン幅の3倍以上になっても、メモリセルのp−ウェル領域23の上面よりも高い位置まで素子分離絶縁膜24を形成することができる。このため、ゲート電極加工の異方性エッチングでマイクロローディング効果が生じても、素子分離絶縁膜24の上面の高さを高い位置に保つことが可能となる。
それによって、ソース電極28およびドレイン電極28を形成するためのn型イオン注入が、メモリセルのp−ウェル領域23の素子分離領域と接する側面から入るのを防ぐことになる。このため、選択ゲートトランジスタのソース電極28およびドレイン電極28の接合深さが、メモリセルと接続されたソースまたはドレイン電極となるn型拡散層28の接合深さよりもゲート直下で深くなることがない。
従って、ソース電極28およびドレイン電極28の接合深さがより深くなることによって生ずる、選択ゲートトランジスタS2を通じたリークが増大したり、カットオフしにくくなる問題を防ぐことができる。また、データ転送線側のBLコンタクトでのドレイン電極28間のパンチスルーを抑制することができ、データ転送線BL間の電気的分離を良好に保つことができる。
(第2の実施形態)
図18に本発明の第2の実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置のレイアウトの平面図を示す。なお、以下において、図2と同一の部分には、同一符号をつけて詳しい説明は省略する。また、図の記号の添え字は、用いられている素子の位置の違いを表わすためのものであり、主記号が同じものは同じ工程で形成された同じ材質の材料を示している。
図18は、図1の等価回路で示されるNANDストリングを3つ並列した構造を示している。図18も、セル構造をわかりやすくするために、ゲート電極27よりも下層の構造のみを示している。図18でも、浮遊ゲート電極26を有するMOSトランジスタからなる不揮発性メモリセルM0〜M15が直列に接続され、一端が選択トランジスタS1を介してデータ転送線に接続されている。また他の一端は選択トランジスタS2を介して共通ソース線に接続されている。
図2に示した第1の実施形態と比較して、図18に示した本実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置では、第3および第4の絶縁膜50SSLおよび50GSLが第1の実施形態で示されたスリット状の領域を含んだより広い領域でエッチングにより取り除かれているところが異なっている。即ち、図18の破線で覆われたBLコンタクトおよびSLコンタクト部分側の領域で、第3の絶縁膜50SSLおよび第4の絶縁膜50GSLがエッチングにより取り除かれている。
図19は、図18の矢視A−A’方向の断面図であってNAND型メモリセルブロックおよび選択ゲートトランジスタを含んだ領域の断面図に相当する。図20は、図18の矢視E−E’方向の断面図であって素子分離領域の断面図に相当する。
図21は、図18の矢視B−B’方向の断面図であってメモリセル部の断面図に相当する。図22および図23は、それぞれ図18の矢視C−C’およびD−D’方向の断面図であって第1の選択ゲートトランジスタS1の断面図に相当する。ここで、図23は図18の破線で広く開口された第3の絶縁膜50SSLおよび第4の絶縁膜50GSLの開口部での断面になっている。
図24および図25は、それぞれ図18の矢視F−F’及びG−G’方向の断面図であってドレイン電極及びソース電極での断面図に相当する。
本実施形態においても、第1の実施形態と同様に、浮遊ゲート電極26の側面を露出するために素子分離絶縁膜24をエッチングする際に、図18のメモリセルストリングの全面をエッチングするのではなく、図10と同様の範囲をエッチングする。
即ち、少なくともデータ転送線コンタクト31を含んだ領域およびソース線コンタクト31を含んだ領域はエッチングされないようにしてメモリセル部をエッチングする。そのときに素子分離絶縁膜24上でエッチングされた領域とエッチングされなかった領域との境界を図18の境界100、110、120で示す。
境界100、110、120が示すように、本実施形態においても、図18の破線で覆われた第3および第4の絶縁膜50SSL,50GSLを開口してエッチングした領域に、前記メモリセル部を含んだ領域のエッチングは到達しないようにする。従って、第3および第4の絶縁膜50SSL,50GSLを開口してエッチングした領域は、素子分離絶縁膜24のエッチングと重複してエッチングされることはない。
図20で示されるように素子分離領域を形成する素子分離絶縁膜24の上においては、メモリセル部と接続している第2の絶縁膜50の高さhよりも、第1および第2の選択ゲートトランジスタ部と接続している第3および第4の絶縁膜50SSL,50GSLの少なくとも上記開口部に接する部分での高さhの方が高くなっている。
本実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置は第1の実施形態と同様の効果が得られる構造をそのまま有しているので、第1の実施形態と同様に、しきい値の低下及びそのばらつきが抑制された選択ゲートトランジスタを実現することが可能となる。
従って、プログラム時に、データを書き込まないよう選択的にNANDストリングに蓄積した電荷がデータ転送線側に逃げてしまう問題を防止し、セルの書きこみ特性や選択されていないデータ転送線のリードディスターブ特性を改善することができる。
本実施形態においては、素子分離領域を間において隣接するNANDストリングで共通な図18の破線で覆われた領域内の第3および第4の絶縁膜50SSL,50GSLがエッチングによって開口される。即ち、開口領域が選択ゲートトランジスタのデータ転送線コンタクト側或いはソース線コンタクト側の端にまで達している。
従って、スリット状に開口される第1の実施形態よりも広いエッチング面積でエッチングできるため、第1の実施形態よりも解像度が低く安価なリソグラフィを用いることができる。また、エッチング溝も細く形成する必要がないため、エッチング装置も安価なものを用いることができる。
(第3の実施形態)
図26に本発明の第3の実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置のレイアウトの平面図を示す。なお、第1及び第2の実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置と同一の部分には、同一符号をつけて詳しい説明は省略する。また、図の記号の添え字は、用いられている素子の位置の違いを表わすためのものであり、主記号が同じものは同じ工程で形成された同じ材質の材料を示している。
図26では、図1に等価回路が示されるNANDストリングを3つ並列した構造を示している。特に、図26では、セル構造をわかりやすくするために、制御ゲート電極27よりも下層の構造のみを示している。図26でも、浮遊ゲート電極26を有するMOSトランジスタからなる不揮発性メモリセルM0〜M15が直列に接続され、一端が選択トランジスタS1を介してデータ転送線に接続されている。また他の一端は選択トランジスタS2を介して共通ソース線に接続されている。
図27は、図26の矢視A−A’方向の断面図であってNAND型メモリセルブロックおよび選択ゲートトランジスタを含んだ領域の断面図に相当する。図28は、図26の矢視E−E’方向の断面図であって素子分離領域の断面図に相当する。
図29は、図26の矢視B−B’方向の断面図であってメモリセル部の断面図に相当する。図30および図31は、それぞれ図26の矢視C−C’およびD−D’方向の断面図であって第1の選択ゲートトランジスタS1の断面図に相当する。図30は特に、第1の選択ゲートトランジスタS1のデータ転送線コンタクト31側の側壁絶縁膜43での断面図になっている。図31は後で述べるスリット状に開口された第3の絶縁膜50SSLおよび第4の絶縁膜50GSLの開口部での断面になっている。
図32および図33は、それぞれ図26の矢視F−F’及びG−G’方向の断面図であってドレイン電極及びソース電極での断面図に相当する。
第1及び第2の実施形態と比較して、本実施形態においては、選択ゲートトランジスタのBLコンタクト31およびSLコンタクト31部分側で、例えば、図28のゲート側壁絶縁膜43の下にみられるように、素子分離絶縁膜24に段差が形成されている。従って、図28において、データ転送線コンタクト31側の素子分離領域表面60およびソース線コンタクト31側の素子分離領域表面60はメモリセル側の素子分離領域表面60より高くなっている。
本実施形態は第1及び第2の実施形態と同様に、浮遊ゲート電極26の側面を露出するために、素子分離絶縁膜24をエッチングする際に、図26のメモリセルストリング全面をエッチングすることはしない。例えば、レジストとリソグラフィプロセスを用いることで、図26の破線の境界で示すように、少なくともデータ転送線コンタクト31およびソース線コンタクト31を含んだ領域はエッチングせず、メモリセル部を含んだ領域をエッチングする。
このときに素子分離絶縁膜24上でエッチングされた領域とエッチングされなかった領域との実際の境界を図26の境界260、262、264で示す。本実施形態においては、第1及び第2の実施形態に比べて、境界260、262、264の位置がデータ転送線コンタクト31およびソース線コンタクト31により近づいている。
従って、素子分離絶縁膜24をエッチングしたときのエッチング境界260、262、264がゲート側壁絶縁膜43の下に形成されている。即ち、素子分離絶縁膜24をエッチングしたときのエッチング境界260、262、264と第3、第4の絶縁膜50SSL、50GSLをエッチングして形成したスリット状の開口部分が重ならないようになっている。
これにより、選択ゲートトランジスタにおいて、電極層27SSL及び27GSLをそれぞれ電極層26SSL及び26GSLに接触させるための、第3及び第4の絶縁膜50SSL、50GSLのスリット状の開口部分と、エッチング境界260、262、264の距離を離すことができる。
従って、第3及び第4の絶縁膜50SSL、50GSLを介して素子分離絶縁膜24の上に形成された制御電極27SSL及び27GSLの高さが、エッチング境界260、262、264が近接してスリット状の開口部分に重なることによって生じる変動を減らすことができる。
さらに、選択ゲートトランジスタのゲート電極26SSL及び26GSLの下には、エッチング境界260、262、264が入らない。このため、選択ゲートトランジスタのソースおよびドレイン電極側で、ゲート電極26SSL及び26GSLの高さを等しくすることができ、ゲート電極26SSL及び26GSLのエッチングをより均一性良く実現することができる。
また、第1及び第2の実施形態と同様に本実施形態においても、ソース電極28およびドレイン電極28を形成するためのn型イオン注入が、メモリセルのp−ウェル領域23の素子分離絶縁膜24に接する側面から入ることを防止して、深い接合が形成されるのを防ぐことができる。
その結果、例えば、選択ゲートトランジスタS2を通じたリークが増大し、カットオフしにくくなるという問題を防止することができる。また、データ転送線側のBLコンタクト31でも、ドレイン電極28間の素子分離絶縁膜24を介したパンチスルーが生じにくくなり、データ転送線(BL)間の電気的分離が保ちにくくなる問題を防止することができる。
(第4の実施形態)
図34に本発明の第4の実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置のウェルコンタクト部のレイアウトの平面図を示す。なお、第3の実施形態までと同一の部分には、同一符号をつけて詳しい説明は省略する。また、図の記号の添え字は、用いられている素子の位置の違いを表わすためのものであり、主記号が同じものは同じ工程で形成された同じ材質の材料を示している。
図35及び図36は、図34のK−K’方向、J−J’方向の断面図である。また、図37及び図38は、図34のH−H’方向、I−I’方向の断面図である。
本実施形態は、第3の実施形態に係るNANDフラッシュメモリのメモリセルストリング部の間に形成されたウェルコンタクト部に係る。図34は、NANDストリングとロウ方向に並列して形成されたセルpウェルコンタクト部34を示している。このウェルコンタクト部34は、後で述べるように、セルp−ウェル領域23を一定電位に保つために形成されたコンタクトである。
図39では、図26のデータ転送線(BL)コンタクトが形成されているNANDストリングと並列して、図34で示したウェルコンタクト部が形成されている様子を一緒に示してある。図34の両端のストリング342及び344は、半導体領域とデータ転送線36をNANDストリングと同じく形成する、いわゆるダミーセル領域342,344となっている。
図39に示されるように、このダミーセル領域342,344では、データ転送線(BL)コンタクトが形成されず、セルp-ウェルコンタクト34とデータ転送線(BL)コンタクト31との距離を確保することが可能となっている。
また、図35からわかるようにダミーセル領域342,344のソースドレインのn型領域28とp+領域70との間に、ソースドレインのn型領域を形成しない領域が形成されている。これによって、ダミーセル領域342,344のソースドレイン領域28とp+領域70との間の耐圧を確保している。n型領域28とp+領域70との間の耐圧に問題がない場合には、ここにn型領域を形成してもよい。
図37に示されるように、セルpウェル23にp+領域70を介して、ウェルコンタクト34が形成されている。さらに、ウェルコンタクト34を例えば、配線層35と接続し、この配線層35を電源(図示せず)と接続することで、セルpウェル23に対するコンタクト電極を作成して、セルpウェル23の電位を一定に保つことができる。
p+領域70を形成する拡散層は、例えばボロンを用いてその表面濃度が1017cm-3から1021cm-3となるように深さ10nmから500nmの間で形成されている。本実施形態からこの後示される第7の実施形態までにおいては、ウェルコンタクト34としてメモリセルのデータ転送線(BL)コンタクトのセルピッチと一致したピッチを有するコンタクトを示した。しかし、素子分離絶縁膜24の下にコンタクトが突き抜けない場合には、従来のようにデータ転送線コンタクトより径の大きな、例えば、径が60nmから200nmの周辺コンタクトを適用することが可能である。
従来は、図40に示されるように、NANDストリングの半導体領域よりも幅の広い半導体領域を作り、その部分にp+領域を形成していた。図40は、従来のNANDフラッシュメモリのNANDストリング部の間に、それらのロウ方向に並列して形成されたウェルコンタクト部分を示す平面図である。図41及び図42は、図40のK−K’方向、J−J’方向の断面図である。
とくに図41は、データ転送線コンタクトが形成されているNANDストリングと並列して形成されたセルp-ウェルコンタクトを示している。図41の両端では、半導体領域とデータ転送線36をNANDストリングと同じく形成する、いわゆるダミーセル領域412、414となっている。ここで、このダミーセル領域412、414では、データ転送線コンタクトが形成されず、セルp-ウェルコンタクト34とデータ転送線コンタクト31との距離を確保することが可能となっている。
従来、ウェルコンタクトを形成するときは、図41にも示されるようにNANDストリングの半導体領域よりも幅の広い半導体領域を作り、その部分にp+領域70を形成していた。従って、半導体領域と素子分離領域との周期性を崩すリソグラフィが必要となる。このため、p+領域70の形成された半導体領域に隣接した半導体領域の幅を、周期性の整ったセルアレイ中心部のNANDストリングの半導体領域の幅と等しくすることは非常に困難であった。
例えば、p+領域70の形成された半導体領域に隣接した半導体領域の幅が、周期性の整ったセルアレイ中心部のNANDストリングの半導体領域の幅よりも小さくなると、パターン倒れを生じる問題がある。
逆に、例えば、p+領域70の形成された半導体領域に隣接した半導体領域の幅が、周期性の整ったセルアレイ中心部のNANDストリングの半導体領域の幅よりも大きくなると、p+領域70の形成された半導体領域に隣接した素子分離絶縁膜24の幅が小さくなる。すると、素子分離絶縁膜24の埋め込みアスペクトが大きくなり、埋め込み領域が素子分離絶縁膜24で完全に埋まらない不良が生じる。
この両方のケースは、共に隣接する制御ゲート電極27の短絡に繋がり、より歩留まりを低下させ、信頼性を悪化させる原因となる。
しかしながら本実施形態においては、図34のように、NANDストリングの半導体領域と同じ幅、および同じ素子分離幅で配置されたセルp-ウェルコンタクト領域となるp+領域70を形成している。これにより、半導体領域と素子分離領域との周期性を崩すリソグラフィが必要なく、周期性を確保しながらより狭いピッチの半導体領域と素子分離領域を実現できる。
従って、上述した従来手法の場合に生ずるおそれのある、パターン倒れが生ずる問題や、埋め込み領域が素子分離絶縁膜24で完全に埋まらない不良が生じる問題を回避でき、素子分離の埋め込み均一性、歩留まり及び信頼性の向上が可能となる。
本実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置においては、図35のように、セルウェルコンタクト34を作成する半導体領域23において、素子分離絶縁膜24の高さはセルp-ウェル領域23の側面に対して、図41で示した従来の場合よりも高く保つことができる。
このように、素子分離絶縁膜24の上面の高さがセルp-ウェル領域23の上面よりも高く形成されているので、コンタクト抵抗の低減を目的としたp+領域70を形成するためのイオン注入がセルp-ウェル領域23の側面から深く入ることを防止することができる。
ここで例えば、p+領域70が深く形成され、特に素子分離絶縁膜24の下の角部まで形成されると、角部で応力集中がおこりやすいために、イオン注入の結晶欠陥と結合して、角部付近より転位線を形成してしまうという問題が生じる。この転位線が、セルp-ウェル領域23、n型ウェル22、およびp型基板21まで貫通すると、転位線を通じたリークや耐圧不良を生じる原因となる。しかし、本実施形態においてはp+領域70の深さを素子分離の下の角部まで達しないようにすることができ、この問題の発生を低減することができる。
特に、n型ソースドレイン電極を形成する不純物よりも、p型不純物であるボロンの方がSi半導体中の不純物としての拡散定数が大きいため、より深くまでp+領域が延びてしまう傾向がある。しかしながら、本実施形態で示した構造を用いることで、転位線を通じたリークや耐圧不良の問題を防止することができる。また、このようにp+領域70を浅く形成することができるため、近接するn型ソースドレイン領域28との距離を保つことができ、p+領域70とn型ソースドレイン領域28との耐圧を確保することが可能となる。
(第5の実施形態)
図43に本発明の第5の実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置のウェルコンタクト部のレイアウトの平面図を示す。なお、第4の実施形態までと同一の部分には、同一符号をつけて詳しい説明は省略する。また、図の記号の添え字は、用いられている素子の位置の違いを表わすためのものであり、主記号が同じものは同じ工程で形成された同じ材質の材料を示している。
図44及び図45は、図43の矢視H−H’方向及びI−I’方向の断面図である。図43の矢視K−K’方向及びJ−J’方向の断面図は、図35及び図36と同じなので省略する。
本実施形態は、第1の実施形態に係るNANDフラッシュメモリのメモリセルストリング部の間に形成されたウェルコンタクト部に係る。図43は、図2で示したデータ転送線コンタクトが形成されているNANDストリングとロウ方向に並列して形成されたウェルコンタクト部34を示している。ウェルコンタクト部34は、セルp−ウェル領域23を一定電位に保つために形成されたコンタクトである。
図15のように第1のゲート電極27SSLとメモリセルのp-ウェル領域23が接近する従来の構造の場合は、図43で示すp-ウェルコンタクト部34に近接した選択ゲートトランジスタでもしきい値の低下が生じていた。特に、第3および第4の絶縁膜50SSL,50GSLをエッチングによってスリット状に開口していない部分では、第3および第4の絶縁膜50SSL,50GSLが介在する分だけ、制御ゲート電極27SSL及び27GSLから基板への実効的なゲート絶縁膜が増加する。従って、制御ゲート電極27SSL及び27GSLから見たトランスコンダクタンスがより低下して、トランジスタのカットオフ特性が悪化する問題が生じる。
このため、ダミーセル領域432,434およびpウェルコンタクト部分34では、より選択的にNANDストリングに蓄積した電荷がデータ転送線側に逃げてしまう問題が起きやすく、書き込みストレスが図44のメモリセルと同等の形状部(WL0〜WL15に接続されているメモリセルに相当)に印加されることになる。書き込みおよび消去ストレスが印加されることは、メモリセルデータ選択線WL0〜WL15のリーク電流の増加に繋がる。
これに対して図7で示されるような第1のゲート電極27SSLをp−ウェル領域23から離すことが可能な本実施形態の構造を用いることにより、ウェルコンタクト部34においても、セルの誤書きこみを抑制した信頼性の高い不揮発性半導体記憶装置を実現することが可能である。
本実施形態においても、第1の実施形態と同様に、メモリセルブロックの選択ゲートトランジスタのしきい値の低下を抑制でき、さらにしきい値のばらつきを小さくすることができることはいうまでもない。従って、プログラム時にデータを書き込まないよう選択的にNANDストリングに蓄積した電荷がデータ転送線側に逃げてしまう問題を回避して、メモリセルへの誤書き込みを抑制する効果が得られる。
(第6の実施形態)
図46に本発明の第6の実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置のウェルコンタクト部のレイアウトの平面図を示す。なお、第5の実施形態までと同一の部分には、同一符号をつけて詳しい説明は省略する。また、図の記号の添え字は、用いられている素子の位置の違いを表わすためのものであり、主記号が同じものは同じ工程で形成された同じ材質の材料を示している。
図47及び図48は、図46のK−K’方向、J−J’方向の断面図である。また、図49及び図50は、図46のH−H’方向、I−I’方向の断面図である。
本実施形態は、第2の実施形態に係るNANDフラッシュメモリのメモリセルストリング部の間に形成されたウェルコンタクト部に係る。図46は、図18で示したデータ転送線コンタクトが形成されているNANDストリングとロウ方向に並列して形成されたウェルコンタクト部34を示している。ウェルコンタクト部34は、セルp−ウェル領域23を一定電位に保つために形成されたコンタクトである。
本実施形態においては第5の実施形態で得られる効果に加えて、以下の効果も得られる。
例えば、本実施形態においては、図46の破線で囲われたようなパターンで第3および第4の絶縁膜50SSLおよび50GSLを開口するため、より広いエッチング面積でエッチングすることができる。従って、第1の実施形態や第5の実施形態よりも解像度が低く安価なリソグラフィを用いることができる。また、エッチング溝も細く形成する必要がないため、エッチング装置も安価なものを用いることができる。
(第7の実施形態)
本発明の第7の実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置のメモリセルストリング部及びそれに並列して形成されたウェルコンタクト部のレイアウトの平面図を、それぞれ図51及び図52に示す。
なお、以下において、第6の実施形態までと同一の部分には、同一符号をつけて詳しい説明は省略する。また、図の記号の添え字は、用いられている素子の位置の違いを表わすためのものであり、主記号が同じものは同じ工程で形成された同じ材質の材料を示している。
図51は、図1の等価回路で示されるNANDストリングを3つ並列した構造を示している。図51も、セル構造をわかりやすくするために、ゲート電極27よりも下の構造のみを示している。図51でも、浮遊ゲート電極26を有するMOSトランジスタからなる不揮発性メモリセルM0〜M15が直列に接続され、一端が選択トランジスタS1を介してデータ転送線に接続されている。また他の一端は選択トランジスタS2を介して共通ソース線に接続されている。
図53及び図54は、図51の矢視A−A’方向及びE−E’方向の断面図である。図53は、NAND型メモリセルブロックおよび選択ゲートトランジスタを含んだ領域の断面図に相当する。図54は、素子分離領域の断面図に相当する。
図52は、図51で示したデータ転送線コンタクトが形成されているNANDストリングとロウ方向に並列して形成されたウェルコンタクト部分を示している。このウェルコンタクト部34は、セルp−ウェル領域23を一定電位に保つために形成されたコンタクトである。
図55及び図56は、図52のH−H’方向、I−I’方向の断面図である。図52のK−K’方向、J−J’方向の断面図は、図35及び図36と同じなので省略する。
第1乃至第6の実施形態においては、素子分離絶縁膜24をエッチングする際にデータ転送線コンタクトおよびソース線コンタクト部分はエッチングされないようにし、メモリセル部はエッチングされるようにする例を示した。
それに対して、本発明の第7の実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置においては、素子分離絶縁膜24が選択エッチングされる替わりに、制御ゲート電極27,27SSL,27GSL、インターポリ絶縁膜50(第2の絶縁膜),50SSL(第3の絶縁膜),50GSL(第4の絶縁膜)、および浮遊ゲート電極26,26SSL,26GSLのエッチングの際に、データ転送線コンタクトおよびソース線コンタクト部分の素子分離絶縁膜24はエッチングされないで、メモリセル部の素子分離絶縁膜24がエッチングされる。
本実施形態においては、制御ゲート電極27,27SSL,27GSL、インターポリ絶縁膜50,50SSL,50GSL、および浮遊ゲート電極26,26SSL,26GSLをレジストとリソグラフィプロセスを用いてパターニングし、異方性エッチングを行う。それによって、ソースおよびドレイン電極部の半導体基板を露出させる加工の際に、データ転送線コンタクトおよびソース線コンタクト部分の素子分離絶縁膜24はエッチングされないようにし、メモリセル部の素子分離絶縁膜24がエッチングされる。
図51及び図52において、「ゲート上境界」と示してあるラインがそのエッチングの境界を示しているが、この境界は、選択ゲートトランジスタS1及びS2の上部に形成されればよい。この構造は、第1乃至第3の実施形態の構造と組み合わせても勿論かまわない。
本実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置の構造を用いることにより、図54及び図56に示されるように、第3および第4の絶縁膜50SSL,50GSLを介して素子分離絶縁膜24の上に形成された制御電極27SSL及び27GSLの高さを一定にすることができる。
一般に微細加工が進むにつれ、データ線コンタクト31やソース線コンタクト31を作成する半導体領域23のA−A’方向の長さが、セルの最小デザイン幅Fに対して、3F、即ち3倍よりも充分大きくなる。従って、素子分離絶縁膜24に対して素子分離全面エッチバックを行っている場合は、ゲート電極加工のための異方性エッチングにおけるマイクロローディング効果によって、データ転送線コンタクト31側及びソース線コンタクト31側の素子分離領域24の表面はメモリセル側の素子分離領域24の表面より深く掘れてしまう。
また、ゲート側壁絶縁膜43を異方性エッチングする場合、ゲート側壁絶縁膜43がシリコン酸化膜からなり、素子分離絶縁膜24がシリコン酸化膜からなる場合には、素子分離絶縁膜24がゲート側壁マイクロローディング効果でより深く掘れてしまう。
本実施形態のように、ゲートエッチングをセル部のみ行うことにより、上記マイクロローディング効果により素子分離絶縁膜24が深くほれてしまう効果を緩和することができる。
本実施形態においても、図8及び図9で示されるようにデータ線コンタクトやソース線コンタクトを作成する半導体領域23において、素子分離絶縁膜24の上面の高さをp−ウェル領域23側面に対して、従来例よりも高く保つことができ、メモリセルストリング部において第1の実施形態と同様な効果が得られる。
また、本実施形態においても、図35のように、セルウェルコンタクト34を作成する半導体領域23において、素子分離絶縁膜24の高さはセルp-ウェル領域23の側面に対して、図41で示した従来の場合よりも高く保つことができる。
従って、第4の実施形態と同様に、素子を微細化した場合における、素子分離領域の底辺角部と、ソースドレイン領域またはウェルコンタクト領域に形成されるn+またはp+領域との重なりによる欠陥形成が防止できる。
それにより、転位線を通じたリークや耐圧不良の問題を防止することができ、半導体記憶素子の信頼性を向上することができる。さらに、p+領域70とn型ソースドレイン領域28との耐圧を確保することも可能となる。
本発明の実施形態としては他にも、たとえば、素子分離絶縁膜や絶縁膜形成法として、シリコンをシリコン酸化膜やシリコン窒化膜に変換するこれら以外の方法、例えば酸素イオンを堆積したシリコンに注入する方法や、堆積したシリコンを酸化する方法を用いてもかまわない。また、絶縁膜には、TiOやAl、HFAlO、HFSiO、タンタル酸化膜、チタン酸ストロンチウムやチタン酸バリウム、チタン酸ジルコニウム鉛、或いはこれらのそれら積層膜を用いてもよい。
上述した実施形態においては、半導体基板としてp型Si基板を用いたが、n型Si基板やSOI基板を用いてもよいし、SiGe混晶、SiGeC混晶など、シリコンを含む他の単結晶半導体基板でもよい。
さらに、制御ゲート電極27、第1のゲート電極27SSL、及び第2のゲート電極27GSLには、SiGe混晶、SiGeC混晶、TiSi、NiSi、CoSi、TaSi、WSi、MoSiなどのシリサイドやポリサイド、Ti,A1,Cu,TiN,Wなどの金属を用いることができ、多結晶であってもよいし、これらの積層権造にしてもよい。
また、浮遊ゲート電極26、第1のゲート電極26SSL、及び第2のゲート電極26GSLには、アモルファスSi、アモルファスSiGe、アモルファスSiGeCを用いることができ、これらの積層構造にしてもよい。
従って、本願発明は上記実施形態に限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で種々に変形することが可能である。更に、上記実施形態には種々の段階の発明が含まれており、開示される複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出されうる。例えば、実施形態に示される全構成要件からいくつかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題が解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出されうる。
本発明の第1の実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置を構成するNANDストリングの等価回路図。 本発明の第1の実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置のレイアウトを示す平面図。 図2の矢視A−A’方向の断面図であってNAND型メモリセルブロックおよび選択ゲートトランジスタを含んだ領域の断面図。 図2の矢視E−E’方向の断面図であって素子分離領域の断面図。 図2の矢視B−B’方向の断面図であって、不揮発性メモリセルの断面図。 図2の矢視C−C’方向の断面図であって、第1の選択ゲートトランジスタの断面図。 図2の矢視D−D’方向の断面図であって、第1の選択ゲートトランジスタのスリット状に開口された絶縁膜の開口部での断面図。 図2の矢視F−F’方向の断面図であって、ドレイン電極における断面図。 図2の矢視G−G’方向の断面図であって、ソース電極における断面図。 本発明の第1の実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置のレイアウトの平面図において素子分離絶縁膜をエッチングする範囲を示した図。 素子分離全面エッチバックを行った場合における図2の矢視A−A’方向の断面図であってNAND型メモリセルブロックおよび選択ゲートトランジスタを含んだ領域の断面図。 素子分離全面エッチバックを行った場合における図2の矢視E−E’方向の断面図であって素子分離領域の断面図。 素子分離全面エッチバックを行った場合における図2の矢視B−B’方向の断面図であって、不揮発性メモリセルの断面図。 素子分離全面エッチバックを行った場合における図2の矢視C−C’方向の断面図であって、第1の選択ゲートトランジスタの断面図。 素子分離全面エッチバックを行った場合における図2の矢視D−D’方向の断面図であって、第1の選択ゲートトランジスタのスリット状に開口された絶縁膜の開口部での断面図。 素子分離全面エッチバックを行った場合における図2の矢視F−F’方向の断面図であって、ドレイン電極における断面図。 素子分離全面エッチバックを行った場合における図2の矢視G−G’方向の断面図であって、ソース電極における断面図。 本発明の第2の実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置のレイアウトを示す平面図。 図18の矢視A−A’方向の断面図であって、NAND型メモリセルブロックおよび選択ゲートトランジスタを含んだ領域の断面図。 図18の矢視E−E’方向の断面図であって、素子分離領域の断面図。 図18の矢視B−B’方向の断面図であって、不揮発性メモリセルの断面図。 図18の矢視C−C’方向の断面図であって、第1の選択ゲートトランジスタの断面図。 図18の矢視D−D’方向の断面図であって、第1の選択ゲートトランジスタのスリット状に開口された絶縁膜の開口部での断面図。 図18の矢視F−F’方向の断面図であって、ドレイン電極における断面図。 図18の矢視G−G’方向の断面図であって、ソース電極における断面図。 本発明の第3の実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置のレイアウトを示す平面図。 図26の矢視A−A’方向の断面図であって、NAND型メモリセルブロックおよび選択ゲートトランジスタを含んだ領域の断面図。 図26の矢視E−E’方向の断面図であって、素子分離領域の断面図。 図26の矢視B−B’方向の断面図であって、不揮発性メモリセルの断面図。 図26の矢視C−C’方向の断面図であって、第1の選択ゲートトランジスタのデータ転送線コンタクト側の側壁絶縁膜での断面図。 図26の矢視D−D’方向の断面図であって、第1の選択ゲートトランジスタのスリット状に開口された絶縁膜の開口部での断面図。 図26の矢視F−F’方向の断面図であって、ドレイン電極における断面図。 図26の矢視G−G’方向の断面図であって、ソース電極における断面図。 本発明の第4の実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置のウェルコンタクト部のレイアウトを示す平面図。 図34の矢視K−K’方向の断面図であって、ウェルコンタクト部を含む断面図。 図34の矢視J−J’方向の断面図であって、ソース線コンタクトを含む断面図。 図34の矢視H−H’方向の断面図であって、ウェルコンタクト部を含む断面図。 図34の矢視I−I’方向の断面図であって、素子分離領域の断面図。 本発明の第4の実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置のメモリセルストリング部及びウェルコンタクト部のレイアウトを示す平面図。 従来のウェルコンタクト部のレイアウトを示す平面図。 図40の矢視K−K’方向の断面図であって、ウェルコンタクト部を含む断面図。 図40の矢視J−J’方向の断面図であって、ソース線コンタクトを含む断面図。 本発明の第5の実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置のウェルコンタクト部のレイアウトを示す平面図。 図43の矢視H−H’方向の断面図であって、ウェルコンタクト部を含む断面図。 図43の矢視I−I’方向の断面図であって、素子分離領域の断面図。 本発明の第6の実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置のウェルコンタクト部のレイアウトを示す平面図。 図46の矢視K−K’方向の断面図であって、ウェルコンタクト部を含む断面図。 図46の矢視J−J’方向の断面図であって、ソース線コンタクトを含む断面図。 図46の矢視H−H’方向の断面図であって、ウェルコンタクト部を含む断面図。 図46の矢視I−I’方向の断面図であって、素子分離領域の断面図。 本発明の第7の実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置のレイアウトを示す平面図。 本発明の第7の実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置のウェルコンタクト部のレイアウトを示す平面図。 図51の矢視A−A’方向の断面図であって、NAND型メモリセルブロックおよび選択ゲートトランジスタを含んだ領域の断面図。 図51の矢視E−E’方向の断面図であって、素子分離領域の断面図。 図52の矢視H−H’方向の断面図であって、ウェルコンタクト部を含む断面図。 図52の矢視I−I’方向の断面図であって、素子分離領域の断面図。
符号の説明
11…第1の開口部、12…第2の開口部、21…p型半導体基板、22…n型シリコン領域、23…p−ウェル(p型シリコン)領域、24…素子分離絶縁膜、25,25SSL,25GSL…第1の絶縁膜、26…浮遊ゲート電極、27…制御ゲート電極、26SSL…第2の電極層(第1のゲート電極)、27SSL…第1の電極層(第1のゲート電極)、26GSL…第4の電極層(第2のゲート電極)、27GSL…第3の電極層(第2のゲート電極)、28…n型拡散層、28…ソース電極、28…ドレイン電極、31…データ転送線コンタクト、31…ソース線コンタクト、33…ソース線(SL)、36…データ転送線(BL)、34…ウェルコンタクト部、35…配線層、37…絶縁膜保護層、38…層間絶縁膜、43、43、43…側壁絶縁膜、45…NANDストリング、50…第2の絶縁膜、50SSL…第3の絶縁膜、50GSL…第4の絶縁膜、60,60,60…素子分離領域表面、70…p+領域、100,110,120,260,262,264…エッチング境界、342,344,412,414,432,434…ダミーセル領域、WL0〜WL15…データ選択線、SSL…第1の制御線、GSL…第2の制御線、S1…第1の選択ゲートトランジスタ、S2…第2の選択ゲートトランジスタ。

Claims (5)

  1. 並列に配置された複数のNANDストリングを有する不揮発性半導体記憶装置であって、
    前記NANDストリングの各々は、
    半導体基板に素子分離領域を形成する素子分離絶縁膜によって分離された素子領域上に第1の絶縁膜を介して形成された浮遊ゲート電極と、前記浮遊ゲート電極上に第2の絶縁膜を介して前記浮遊ゲート電極の側面および上面を覆うように形成された制御ゲート電極とをそれぞれ有する複数の不揮発性メモリセルの電流通路が直列に接続されたメモリセルブロックと、
    前記浮遊ゲート電極と同じ電極材の第1の電極層と前記制御ゲート電極と同じ電極材の第2の電極層とが、前記第2の絶縁膜と同じ絶縁材の第3の絶縁膜の一部に形成された第1の開口部を介して直接接して形成された第1のゲート電極を有し、電流通路の一端が前記メモリセルブロック中の直列接続された不揮発性メモリセルの電流通路の一端に接続され、電流通路の他端がデータ転送線コンタクトを介してデータ転送線に接続された第1の選択ゲートトランジスタと、
    前記浮遊ゲート電極と同じ電極材の第3の電極層と前記制御ゲート電極と同じ電極材の第4の電極層とが、前記第2の絶縁膜と同じ絶縁材の第4の絶縁膜の一部に形成された第2の開口部を介して直接接して形成された第2のゲート電極を有し、電流通路の一端が前記メモリセルブロック中の直列接続された不揮発性メモリセルの電流通路の他端に接続され、電流通路の他端がソース線コンタクトを介してソース線に接続された第2の選択ゲートトランジスタとを具備し、
    隣接する前記NANDストリングにそれぞれ含まれる前記データ転送線コンタクトの間の前記素子分離絶縁膜の上面の高さは、前記第1の選択ゲートトランジスタの電流通路の他端と前記データ転送線コンタクトとの間の素子領域における前記半導体基板の主表面の高さより高く、且つ隣接する前記NANDストリングにそれぞれ含まれる前記データ転送線コンタクトの間の前記素子分離絶縁膜の上面の高さは、隣接する前記メモリセルブロックの間の、該メモリセルブロックを構成する前記不揮発性メモリセルのソース電極またはドレイン電極に接した前記素子分離絶縁膜の上面高さよりも高い、或いは
    隣接する前記NANDストリングにそれぞれ含まれる前記ソース線コンタクトの間の前記素子分離絶縁膜の上面の高さは、前記第2の選択ゲートトランジスタの電流通路の他端と前記ソース線コンタクトとの間の素子領域における前記半導体基板の主表面の高さより高く、且つ隣接する前記NANDストリングにそれぞれ含まれる前記ソース線コンタクトの間の前記素子分離絶縁膜の上面の高さは、隣接する前記メモリセルブロックの間の、該メモリセルブロックを構成する前記不揮発性メモリセルのソース電極またはドレイン電極に接した前記素子分離絶縁膜の上面高さよりも高い
    ことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
  2. 半導体基板に素子分離領域を形成する素子分離絶縁膜によって分離された素子領域上に第1の絶縁膜を介して形成された浮遊ゲート電極と、前記浮遊ゲート電極上に第2の絶縁膜を介して前記浮遊ゲート電極の側面および上面を覆うように形成された制御ゲート電極とをそれぞれ有する複数の不揮発性メモリセルの電流通路が直列に接続されたメモリセルブロックと、
    前記浮遊ゲート電極と同じ電極材の第1の電極層と前記制御ゲート電極と同じ電極材の第2の電極層とが、前記第2の絶縁膜と同じ絶縁材の第3の絶縁膜の一部に形成された第1の開口部を介して直接接して形成された第1のゲート電極を有し、電流通路の一端が前記メモリセルブロック中の直列接続された不揮発性メモリセルの電流通路の一端に接続され、電流通路の他端がデータ転送線コンタクトを介してデータ転送線に接続された第1の選択ゲートトランジスタと、
    前記浮遊ゲート電極と同じ電極材の第3の電極層と前記制御ゲート電極と同じ電極材の第4の電極層とが、前記第2の絶縁膜と同じ絶縁材の第4の絶縁膜の一部に形成された第2の開口部を介して直接接して形成された第2のゲート電極を有し、電流通路の一端が前記メモリセルブロック中の直列接続された不揮発性メモリセルの電流通路の他端に接続され、電流通路の他端がソース線コンタクトを介してソース線に接続された第2の選択ゲートトランジスタとを具備し、
    前記素子分離領域に形成されている前記第2の絶縁膜の底面の高さより、前記第1の開口部に接して前記素子分離領域に形成されている前記第3の絶縁膜の底面の高さが高い、或いは
    前記素子分離領域に形成されている前記第2の絶縁膜の底面の高さより、前記第2の開口部に接して前記素子分離領域に形成されている前記第4の絶縁膜の底面の高さが高い
    ことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
  3. 前記第の電極層は前記素子領域における前記第1の開口部の内部を含んだ前記第3の絶縁膜の底面の高さより低い位置まで形成されていることによって、前記第の電極層と直接接している、或いは
    前記第の電極層は前記素子領域における前記第2の開口部の内部を含んだ前記第4の絶縁膜の底面の高さより低い位置まで形成されていることによって、前記第の電極層と直接接している
    ことを特徴とする請求項1または2記載の不揮発性半導体記憶装置。
  4. 前記第1の絶縁膜の下の半導体領域の電位を一定に保つためのウェルコンタクトが形成され、前記ウェルコンタクトは、前記素子分離領域と同じ幅の別の素子分離領域を隔てて前記NANDストリングと並列に配置された、前記素子領域と同じ幅の別の素子領域に形成されている
    ことを特徴とする請求項1または2記載の不揮発性半導体記憶装置。
  5. 前記メモリセルブロックは前記素子分離領域を隔てて互いに並列して複数形成されており、
    前記データ転送線は前記並列した複数のメモリセルブロックそれぞれの上を1本ずつ互いに平行に複数形成されており、
    前記データ転送線と直交し、前記素子分離領域で隔てられている前記複数のメモリセルブロックの不揮発性メモリセルの制御ゲート電極同士を接続する互いに平行な複数のデータ選択線と、
    前記複数のデータ選択線と平行し、前記素子分離領域で隔てられている複数の第1の選択ゲートトランジスタの第1のゲート電極同士を接続する第1の制御線と、
    前記複数のデータ選択線と平行し、前記素子分離領域で隔てられている複数の第2の選択ゲートトランジスタの第2のゲート電極同士を接続する第2の制御線とを更に具備する ことを特徴とする請求項1または2記載の不揮発性半導体記憶装置。
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