JPH10223867A - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents

半導体装置及びその製造方法

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JPH10223867A
JPH10223867A JP9026458A JP2645897A JPH10223867A JP H10223867 A JPH10223867 A JP H10223867A JP 9026458 A JP9026458 A JP 9026458A JP 2645897 A JP2645897 A JP 2645897A JP H10223867 A JPH10223867 A JP H10223867A
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和裕 清水
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浩 渡部
Yuji Takeuchi
祐司 竹内
Seiichi Aritome
誠一 有留
Toshiharu Watanabe
寿治 渡辺
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Abstract

(57)【要約】 【課題】素子面積の縮小を行う場合にも、形成が容易で
あり、かつその抵抗を低減できるような共通信号線(ソ
ース線)を含む半導体装置を提供する。 【解決手段】積層ゲート上部のゲート部材3は、素子領
域1と交差するように、選択ゲートSGB、SGSと、
その間の複数のメモリセルの制御ゲートCG1 〜CG16
を構成する。素子領域1の上層に並行するように金属配
線8が設けられ、ビット線BL、ビット線BL複数本お
きのソース線SLを構成する。ソース線は、ビット線コ
ンタクトCBと同じように、ソース線コンタクトCSに
低抵抗の金属からなる導電部材6を介して導かれる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体装置に係わ
り、特に不揮発性半導体記憶装置のコンタクト技術及び
配線技術の改良に関する。
【0002】
【従来の技術】半導体装置、特に半導体メモリの大容量
化、高速化を行うためには素子の微細化が重要であり、
特にDRAMやEEPROMに代表される大容量半導体
メモリではその要請が顕著である。
【0003】EEPROMは、電気的にデータの書き換
えが可能な不揮発性半導体メモリであり、電荷蓄積層と
制御ゲートの積層構造を持つMOSトランジスタ構造の
メモリセルを用いたものが知られている。
【0004】図45,図46は、EEPROMの一つで
ある一般的なMOS型FET構成のEEPROMのメモ
リセルの構造を示す。図45は平面図であり、図46
は、図45のF46−F46断面図である。P型シリコ
ン基板あるいはPウェル16に素子分離絶縁膜17が形
成され、その下にはチャネルストッパとしてP+ 型層が
形成されている。このように、選択酸化にて素子分離
(LOCOS素子分離)された基板上のチャネル領域全
面にトンネル電流が流れ得る薄い第1ゲート絶縁膜18
が形成される。この絶縁膜18上に電荷蓄積層19が形
成され、この上にさらに第2ゲート絶縁膜20を介して
制御ゲート21が形成されている。電荷蓄積層19と制
御ゲート21は、チャネル長方向において同じマスクを
用いて連続的にエッチングされることによりそのエッジ
が揃えられる。そして、これらの積層ゲート(19,2
1)をマスクとして不純物をイオン注入してソース、ド
レインとなるN+ 型層22が形成されている。
【0005】また、図47は、トレンチ素子分離を用い
た場合の断面図を示す。この断面は、上記F46−F4
6断面と比較対象となる部分に相当する。P型シリコン
基板あるいはPウェル16に素子分離用トレンチ溝(1
7)が形成され、トレンチ溝内部に素子分離用絶縁材
料、例えば、SiO2 部材17が埋め込まれている。ト
レンチ溝下部にはチャネルストッパとしてP+ 型層が形
成されている。このように、トレンチにより素子分離さ
れた基板上のチャネル領域全面に、トンネル電流が流れ
得る薄い第1ゲート絶縁膜18が形成される。この絶縁
膜18上に電荷蓄積層19が形成され、この上にさらに
第2ゲート絶縁膜20を介して制御ゲート21が形成さ
れている。トレンチ素子分離を用いることにより、制御
ゲートに平行な方向の微細化が期待できる。
【0006】以上のようなメモリセルを用いた不揮発性
半導体メモリ装置には、メモリセルを直列あるいは並列
に配置することにより、いくつかのメモリセルアレイ構
成が提案されている。
【0007】図48は、NOR型セルの構成を示す平面
図である。NOR型セルは、2つのメモリセルのドレイ
ンを共通にした並列接続を行い、並列接続点に列線(ビ
ット線)がコンタクトするようにセルを配置した構成で
ある。NOR型セル構成では、素子分離された半導体基
板上にビット線コンタクト部を設けて2つのセルトラン
ジスタで共用し、セルトランジスタのもう一方のソース
側は素子分離をせずに共通配線(拡散ソース領域)とし
ている。ビット線コンタクト(ドレインコンタクト)領
域及び拡散ソース領域は、セルトランジスタが設けられ
ている半導体基板あるいはP型ウェルとは逆極性のN型
になっており、必要に応じてその不純物濃度が所望の値
になるように不純物注入が行われている。
【0008】NOR型セルにおいて、電荷蓄積層への電
子注入による書き込みは、例えば、制御ゲート(ワード
線)に10V、ドレイン(ビット線)に5Vを印加し、
ドレイン近傍における横方向高電界によりチャネルホッ
トエレクトロンを発生させ、このホットエレクトロンの
注入により達成される。一方、電荷蓄積層からの電子引
き抜きによる消去は、例えば、制御ゲート(ワード線)
に0V、ソース領域(ソース線〜ソース拡散領域)に1
2Vを印加して、ソース領域とオーバーラップする電荷
蓄積層とソース領域の間でのF−N(Fowler-Nordheim
)トンネリングによって達成される。
【0009】このようなNOR型セル構成のメモリセル
アレイにおいて、高速化あるいは大容量化を行うため
に、寸法の縮小による微細化が強く望まれている。制御
ゲート方向における微細化には、先に示したトレンチ素
子分離が有効である。一方、制御ゲート方向に垂直な方
向、つまりビット線方向の微細化には、制御ゲート長及
び制御ゲート間隔の縮小が極めて重要となる。
【0010】共通ソース線を制御ゲートと平行にかつ制
御ゲート間に形成することは、メモリセルの微細化を行
う上で非常に問題となる。例えば、最小寸法を0.25
μmと考えた場合、素子分離領域の長方向幅は、2つの
セルトランジスタの制御ゲート長分とビット線コンタク
ト幅及び制御ゲートとコンタクトの間の余裕を足した分
となり、例えば制御ゲート長0.25μm、コンタクト
サイズ0.3μm、コンタクトと制御ゲートの間の余裕
を0.15μmと想定するならば1.1μmとなる。一
方、素子分離領域の短方向幅は素子分離領域幅であり、
例えば0.25μmとなる。このような微細なパターン
をリソグラフィー技術を用いて転写し、フィールド絶縁
厚膜あるいはトレンチ溝を形成することは極めて困難で
あり、近接効果やレジストの引きつり等の影響によりパ
ターンの歪みが生じてしまう。特に、ゲート長方向の寸
法の歪は、ソース領域と制御ゲート間の寸法ずれを生じ
させるため、消去ばらつき等の原因となる、しきい電圧
のばらつきを引き起こす可能性があり、重大な問題とな
る。
【0011】このような問題を解決するために、Self-A
ligned-Source (SAS)法が用いられる。図49にS
ASを用いた場合のメモリセルアレイの一例を示す。素
子分離領域は、ビット線方向に平行なライン状に設け
る。その後、ゲート酸化膜、電荷蓄積層(F.G;フロ
ーティングゲート)、ゲート絶縁膜(ONO;酸化膜/
窒化膜/酸化膜の3層構造)、制御ゲート(ポリシリコ
ン(POLY)及びWSiの積層構造)を形成する。このと
き、制御ゲート上にはSiO2 以外のマスク材料、例え
ばSiNを設ける。制御ゲートまで形成した後に、全面
をレジストで覆い、共通ソース線を形成する領域をリソ
グラフィーによって開口する(図49(a))。
【0012】そして、SiNやSiと選択比の高いSi
2 のRIE条件を用いてドライエッチングし、開口部
内の素子分離膜を除去する。高選択比条件とすること
で、制御ゲートや半導体基板が削れることなく素子分離
膜が除去できるため、拡散ソース領域が制御ゲートに対
して合わせずれを生じることなく形成できる。エッチン
グ後、再度リソグラフィー技術によって拡散ソース領域
が開口したレジストパターンを形成し、N型不純物、例
えばリンやヒ素等をイオン注入して共通の拡散ソース領
域を形成する(図49(b))。SAS法を用いること
でビット線方向の微細化が可能となる。図48のF49
−F49は上記のようなSASを用いた構造となってい
る。
【0013】しかし、SAS法では、いったん素子分離
を行った後に、部分的に素子分離膜を除去してから不純
物イオン注入を行って拡散ソース領域を形成するため、
トレンチ素子分離法を用いた場合には、ソース線の形成
が困難となる。上記NOR型セルでは、一般的にチャネ
ルホットエレクトロン注入を用いた書き込み方式を用い
るので、トレンチ素子分離されたビット線コンタクト間
のパンチスルー耐圧は、書き込み時にメモリセルのドレ
イン部に印加される電圧(6V程度)よりも高くする必
要がある。そのため、トレンチ溝の深さに関し、従来の
選択酸化、いわゆるLOCOS素子分離で形成されるフ
ィールド酸化膜厚と同程度(300nm〜400nm)
にしなければならない。トレンチ溝内のSiO2 を除去
した後のトレンチ溝には、トレンチ溝深さ分の段差があ
るために、イオン注入してもソース線が形成されない問
題が生じる。
【0014】さらに、0.25μmルールを用いた場
合、制御ゲート長さが0.25μm程度となるため、制
御ゲートと自己整合的にソース領域に1×1015cm-2
以上の高不純物量をイオン注入すると、注入後の熱処理
によって不純物が制御ゲート下に拡散してしまう。この
結果、実行チャネル長が短くなり、パンチスルーを起こ
す問題が生じる。従って、ソース線への高濃度の不純物
イオン注入は極めて困難であることが予想される。この
ことは、ソース線の形成が困難であることと共に、ソー
ス線抵抗の増大を招くことが考えられ、セル電流の低下
やしきい電圧のばらつき等の問題が生じる。
【0015】図50は、複数のメモリセルをそれらのソ
ース、ドレイン拡散層を共用して直列接続したNAND
型セルの構成を示す平面図である。NAND型セルの配
置構成は、上記NOR型セル構成よりもセル占有面積を
小さくできる(例えば、特願昭62−23944号)。
メモリセルトランジスタMC1 〜8 が直列接続された1
つのNANDセル群は、ビット線方向に沿ってライン状
に素子分離されている。斜線は制御ゲート(ワード線)
下の電荷蓄積層(フローティングゲートFG)を示して
いる。1つのNANDセル群の一端側のドレインDは、
選択ゲートトランジスタSG1を介して図示しないビッ
ト線に接続され(ビット線コンタクトBC)、他端側の
ソースは、別の選択ゲートトランジスタSG2を介して
拡散ソース線Sに接続されている。ビット線コンタクト
BCは、各NANDセル群毎に1つ設けられ、拡散ソー
ス線は素子分離されずに各NANDセル群が全て共通の
ソース線につながっている。
【0016】NADN型セル構成のメモリセルでは、消
去及び書込み共に電荷蓄積層と基板との間の電荷のやり
とりを利用する。図51、図52は、NANDセル構成
のメモリセルアレイの動作電位関係を示している。以下
説明する。
【0017】消去は、制御ゲートに低電位(例えば0
V)を与え、ソース、ドレイン、基板に高電位(例えば
20V)を与え、トンネル現象を利用して電荷蓄積層か
らの電子放出を行い、しきい電圧が負になることで、例
えば“0”状態とする。
【0018】一方、ゲート書き込み時には、制御ゲート
に高電位(例えば20V)を与え、ソース、ドレイン、
基板に低電位(例えば0V)を与えて電荷蓄積層へ電子
注入を行い、しきい電圧が正になることで、例えば
“1”状態とする。
【0019】NAND型セル構成では、書き込みは、選
択した制御ゲートにつながる全てのトランジスタにおい
て同時に行われる。従って、しきい電圧を正にする
“1”書き込みセルとしきい電圧を負のままにする
“0”書き込みセルが同一制御ゲートに連なることとな
る。このような書き込みに選択性を持たせるために以下
に示す書き込み方式を用いる。
【0020】図51では、“1”書き込みする選択セル
のビット線に0Vを印加し、“0”書き込みする選択セ
ルのビット線には中間電位(例えば8V)を印加する。
選択セルに中間電位を転送するために、非選択の制御ゲ
ートには中間電圧よりも高い電圧(例えば10V)を印
加する。ソース線側の選択トランジスタのゲートには0
Vを印加して、書き込み時にビット線とソース線の間に
流れる貫通電流を無くして中間電圧を作る周辺昇圧回路
の昇圧能力を高める。一方、ビット線側の選択トランジ
スタのゲートには非選択制御ゲートと同じ10Vを印加
して中間電位を転送する。
【0021】図52では、“0”書き込みするビット線
のビット線側選択トランジスタのゲートに低電圧(例え
ば3V)、ビット線にも低電圧(例えば3V)を印加し
て選択トランジスタをカットオフする方法をとる。ソー
ス側の選択トランジスタは、図51と同様にカットオフ
してビット線全体をフローティング状態にする。この状
態では、選択された制御ゲートに高電圧(例えば20
V)が印加されたとき、制御ゲートの電位によって
“0”書き込みする非選択セルのチャネル電位もまた容
量カップリングして上昇し、“0”書き込みする非選択
セルのゲートに印加される電界が下がり、“1”書き込
みを抑制する。“0”書き込みする非選択セルのチャネ
ル電位を効率的に上昇させるために、非選択制御ゲート
にも中間電位(例えば8V)を印加する。
【0022】データの読み出しは“1”、“0”状態の
しきい電圧の正負を利用して行なう。すなわち、ソース
及び選択された制御ゲートに低電位(例えば0V)を与
え、選択されたビット線に読み出し用電位(例えば1
V)を与え、セルトランジスタに流れる電流の有無で
“0”、“1”の判別を行なう。このとき、選択ビット
線につながる非選択セルが全てオン状態になるように
“1”状態のセルトランジスタのしきい電圧よりも高い
電圧(例えば5V)を非選択の制御ゲート全てに印加す
る。以上のように、EEPROMでは、電荷蓄積層と基
板間において酸化膜のトンネル電流を利用してデータ消
去、書き込みを行い、同様に電荷蓄積層直下の酸化膜/
基板界面にチャネルを形成して読み出しを行っている。
【0023】このようなNAND型セルアレイ構成で
は、NOR型セルアレイ構成と比較すると、ビット線コ
ンタクトは、数個のメモリセル(例えば16個)に対し
て1つ設ければ良い。従って、コンタクト領域の面積が
減少し、セル面積を著しく小さくすることが可能とな
る。換言すれば、もともとビット線方向の微細化に優れ
ているといえる。そして、さらにトレンチ素子分離を用
いればセル面積の非常に小さなメモリセルを形成するこ
とが可能となる。1994年のIEDMにおいて、有留
等が報告したトレンチ素子分離NANDセルでは最小寸
法0.25μmルールにおいてセル面積を0.31μm
2 にまで縮小可能である。
【0024】ところが、NAND型セルアレイ構成にお
いて、例えば0.25μmルールを用いた場合、拡散ソ
ース線に高濃度不純物注入を行うと、拡散ソース線に隣
接する選択トランジスタのパンチスルー耐圧が著しく低
下して書き込み時にカットオフできなくなる問題が生じ
る。そのため、高濃度不純物注入を制限する必要があ
り、NOR型セルと同様、ソース線抵抗の増大はやむを
得ない。
【0025】NAND型セルアレイでは、拡散ソース線
の抵抗が高くなると、拡散ソース線での電位降下が無視
できなくなり、これが読み出し時にしきい電圧分布の広
がりを生じさせる。拡散ソース線は、数個のNAND列
毎に金属バイパスに置き換えられて配線される。これは
拡散ソース線の抵抗を低減するためであるが、金属ビッ
ト線が各NAND列上に存在するために、各NAND列
毎にコンタクトを設けて拡散ソース線とシャントするこ
とはできない。そのためシャント領域から最も離れて設
けられているNAND列は、ソース線の抵抗の影響を最
も受けることになる。
【0026】すなわち、書き込み時に、上記NAND列
内の選択メモリセルが書き込まれるメモリセルのうち、
最も早く書き込まれるセルであった場合に、上記セルが
書き込まれて“1”状態となった時、他のセルは未だ
“0”状態であることが考えられる。この時、ベリファ
イ読み出しにより、上記NAND列以外のNAND列の
セル電流は上記NAND列のセル電流よりもはるかに大
きいため、上記NAND列のソース電位はソース抵抗と
セル電流により電位降下が発生する。これは上記NAN
D列内の選択セルのしきい電圧を、見かけ上高く見せ
る。この結果、本来書き込み終了となるべきしきい電圧
よりも低い状態で書き込み終了となる。これにより、書
き込み後のしきい電圧分布の広がりが発生する。
【0027】このような問題は、1つのメモリセルの書
き込み後のしきい電圧を2つ以上にして1つのメモリセ
ルに2値以上の情報を持たせるような多値方式を用いた
場合、1つのしきい電圧の分布広がりが大きいと、書き
込み電圧や読み出し電圧が極めて高くなり、書き込み速
度の大幅な低下やセルへのディスターブの問題が顕著に
なるといった問題も生じる。
【0028】なお、上記拡散ソース線は、一般化してセ
ルアレイの共通信号線と言い替えることができる。従っ
て、以上の問題は、不揮発性半導体メモリ装置に限った
問題ではなく、セルアレイの共通信号線を含む半導体メ
モリ装置あるいは半導体装置全般に関する。また、その
アレイ構成は、NOR型セル構成やNAND型セル構成
に限ったものではない。さらに、ここでは0.25μm
ルールの場合について述べているが、これに限ったもの
ではない。
【0029】
【発明が解決しようとする課題】このように従来では、
メモリ装置の微細化を行って素子面積の縮小を図る場合
に、共通信号線、例えばソース線の形成が困難であり、
かつソース線の抵抗が高くなるといった問題があった。
【0030】この発明の課題は、上記のような事情を考
慮し、素子面積の縮小を行う場合にも、形成が容易であ
り、かつその抵抗を低減できるような共通信号線を含む
半導体装置及びその製造方法を提供することにある。
【0031】
【課題を解決するための手段】この発明の半導体装置
は、半導体基板と、前記半導体基板上に設けられた複数
の素子分離領域と、前記素子分離領域によってストライ
プ状に分離された複数の第1半導体領域と、メモリセル
アレイとして構成するため前記第1半導体領域に交差す
るように、かつ、所定の間隔を保って設けられた複数の
ゲート部材と、前記ゲート部材相互間における前記第1
半導体領域表面に設けられた、前記半導体基板とは逆の
導電型を持つ第2半導体領域と、前記メモリセルアレイ
を覆う層間絶縁膜と、第1の隣り合う前記ゲート部材相
互間における前記第2半導体領域の各々に電気的に接続
され、かつ、第2の隣り合う前記ゲート部材相互間にお
ける前記第2半導体領域の各々に電気的に接続される第
1導電部材と、前記第1の隣り合う前記ゲート部材相互
間における前記第1導電部材各々に対して電気的に接続
するように設けられ、かつ、前記第2の隣り合う前記ゲ
ート部材相互間における前記第1導電部材各々共通に電
気的に接続するように前記ゲート部材相互間に沿って設
けられる第2導電部材と、各々が所定の前記第2導電部
材の対応部分と電気的に接続するため互いに離間しなが
ら前記ゲート部材と交差するように設けられた電位供給
用の配線とを具備したことを特徴とする。
【0032】また、この発明の半導体装置は、半導体基
板と、前記半導体基板上に設けられた複数の素子分離領
域と、前記素子分離領域によって分離された複数の第1
半導体領域と、メモリセルアレイとして構成するため前
記第1半導体領域に交差するように、かつ、所定の間隔
を保って設けられた複数のゲート部材と、前記ゲート部
材相互間における前記第1半導体領域表面に設けられ
た、前記半導体基板とは逆の導電型を持つ第2半導体領
域と、前記メモリセルアレイを覆う層間絶縁膜と、前記
層間絶縁膜上で前記第1半導体領域に沿って設けられ
る、複数のビット線及び前記ビット線複数本おきに配置
される複数のソース線と、第1の隣り合う前記ゲート部
材相互間における前記第2半導体領域と前記ビット線と
を結合するため前記第2半導体領域各々に対応して個々
に設けられ、かつ、第2の隣り合う前記ゲート部材相互
間における前記第2半導体領域と前記ソース線とを結合
するため前記第2半導体領域共通に対応するように設け
られる導電部材とを具備したことを特徴とする。
【0033】この発明によれば、導電部材(第2導電部
材)により、電位供給用の共通信号線としての例えばソ
ース線と繋がる第2半導体領域は電気的に同電位とな
る。従って導電部材(第2導電部材)として低抵抗の部
材を選べば、第2半導体領域に電位を供給する信号線の
低抵抗化が容易に達成できる。
【0034】さらに、この発明の半導体装置の製造方法
は、半導体基板上に複数の素子分離領域を形成する工程
と、メモリセルアレイとして構成するため前記素子分離
領域によって分離された第1半導体領域に交差するよう
に、かつ、互いに所定の間隔を保つように複数のゲート
部材を形成する工程と、少なくとも前記ゲート部材をマ
スクにして前記第1半導体領域表面に前記半導体基板と
は逆の導電型を持つ第2半導体領域を形成する工程と、
前記メモリセルアレイを覆う層間絶縁膜を形成する工程
と、第1の隣り合う前記ゲート部材相互間における前記
第2半導体領域に対応して、かつ、第2の隣り合う前記
ゲート部材相互間における前記第2半導体領域に対応し
て前記層間絶縁膜に開口部を形成し少なくともこの開口
部に導電部材を形成する工程と、各々前記第1の隣り合
う前記ゲート部材相互間における前記導電部材の対応部
分と結合するビット線及び前記第2の隣り合う前記ゲー
ト部材相互間における前記導電部材の対応部分と結合す
るソース線を前記ゲート部材と交差させるように形成す
る工程とを具備し、前記導電部材は、前記第2の隣り合
う前記ゲート部材相互間における前記第2半導体領域が
共通接続されるように、前記第2の隣り合う前記ゲート
部材相互間に沿って連続して形成されることを特徴とす
る。
【0035】この発明によれば、導電部材の加工工程に
おいて寸法制御マージンを広くすると共に、微細化に非
常に有利となる。また、ビット線とソース線のコンタク
トは同時に行われ工程の簡略化に寄与する。また、同一
コンタクト内に別の低抵抗率の導電体を埋め込むこと
で、工程の増加を行わずにコンタクト抵抗の低抵抗化及
び信号線の低抵抗化が図れる。
【0036】
【発明の実施の形態】図1は、この発明の第1の実施形
態に係るNAND型EEPROMのメモリセルアレイの
要部の構成を示す平面図である。また、図2〜図4は、
図1の構成の製造工程を順に示す平面図、図5(a)〜
(e)は、図1の構成の製造工程と共に形成される周辺
トランジスタ(MOSトランジスタ)回路の製造工程を
順に示す平面図である。図6〜図10の(a),
(b),(c)は、図1の構成の製造工程を順に示す各
部の断面図であり、図1〜図4それぞれに示す断面線
(対応する図番号と添字a〜cで示す)に対応する。ま
た、図6〜図10の(d)は、図5(a)〜(e)の製
造工程に対応する要部の断面図である。
【0037】図10を参照しながら図1の構成を説明す
る。半導体基板領域上の素子領域(第1半導体領域)1
は、素子分離領域2によって素子分離され、ストライプ
状に配置される。素子分離領域2は、部分的にトレンチ
(溝)が形成され、トレンチ内に絶縁部材(例えば酸化
膜)が埋め込まれている。素子分離領域2は、この他、
部分的に半導体基板を酸化したフィールド絶縁部材(例
えば酸化膜)であってもよい。ソース・ドレイン領域
は、半導体基板領域とは逆の導電型を有した不純物拡散
層(第2半導体領域)であって、熱拡散あるいはイオン
注入によって不純物が導入され形成される。
【0038】メモリセル(Cell)の積層ゲートは、メモ
リセルをマトリクス状に構成するためストライプ状の素
子領域1に交差し、かつ所定の間隔を保って設けられて
いる。この積層ゲートは、チャネル領域上において、薄
い第1ゲート絶縁膜9(トンネル酸化膜9)が形成さ
れ、この絶縁膜9上に電荷蓄積層(フローティングゲー
ト)10が形成され、この上にさらに第2ゲート絶縁膜
11を介してゲート電極(制御ゲート)3が形成されて
いる。
【0039】上記第1ゲート絶縁膜9(トンネル酸化膜
9)は、ゲート電極と半導体基板間に印加される電圧に
よって電荷蓄積層と半導体基板間で電荷授受が可能な厚
さの絶縁膜であり、例えば、膜厚10nm以下の酸化膜
あるいは窒化膜または酸化窒化膜等で構成される。電荷
蓄積層は、例えば不純物ドーピングにより電気伝導率が
高い多結晶シリコン材あるいは非晶質シリコン材等であ
る。また、第2ゲート絶縁膜11は、電荷蓄積層10と
制御ゲート3間を電気的に分離するための、例えば酸化
膜あるいは窒化膜あるいは酸化窒化膜あるいは酸化膜と
窒化膜の積層膜である。このような積層ゲートは絶縁膜
(例えば窒化膜等)25に覆われ、層間絶縁膜26が形
成されている。
【0040】積層ゲート上部のゲート電極3は、ストラ
イプ状の素子領域1と交差するように配置される。すな
わち、ゲート電極3は、2つの選択トランジスタの選択
ゲートSGB、SGSと、その間の複数のメモリセルの
制御ゲートCG1 〜CG16を構成する(1つのユニット
アレイ)。1つのユニットアレイは、選択ゲートSGB
側で別のユニットアレイと1つのビット線コンタクトC
Bを共有し、直列に接続される。ユニットアレイは、選
択ゲートSGS側で別のユニットアレイのソースと共有
する。素子領域1の上層に並行するように金属配線8が
設けられている。金属配線8は、周辺配線材として機能
する。図1では、ビット線BL、ビット線BL複数本お
きのソース線SLとして設けられている。
【0041】この発明において、ソース線SLは、ビッ
ト線BL〜ドレインコンタクト(ビット線コンタクトC
B)と同じように、ソース線コンタクト部に金属部材を
介して導かれる。ソース線コンタクトCS,CSd を構
成するため、第1、第3の導電部材(4,7)、第2の
導電部材(6)が用いられている。第1、第3の導電部
材は、拡散ソース領域と第2の導電部材の間、及び、第
2の導電部材とソース線の間を接続する埋め込み用部材
である。導電部材4,7は、例えば、不純物ドーピング
により電気伝導率が高い多結晶シリコン材あるいは非晶
質シリコン材である。導電部材6は、ソース線としての
金属配線をコンタクト部に低抵抗で接続するために形成
されている。導電部材6は、例えば、導電部材4よりも
低抵抗率を有するW等の高融点金属材あるいはAl等の
低抵抗金属である。
【0042】図1の構成の製造方法を説明する。まず、
図2及び図6を参照する。メモリセルは、トンネル酸化
膜9上に多結晶シリコンあるいは非晶質シリコン材に不
純物をドーピングして形成された電荷蓄積層10、電荷
蓄積層10上に第2ゲート絶縁膜11となる絶縁膜(例
えばONO膜)、その絶縁膜11上に制御ゲートとなる
ゲート電極3(多結晶シリコンあるいは非晶質シリコン
材)を積層状に堆積し、スタックゲート加工を行って形
成される。なお、ゲート電極3(制御ゲート)は、抵抗
低減のためにWSiやMoSi等を積層したポリサイド
を用いても良い。
【0043】選択ゲートSG(SGB,SGS)は、ト
ンネル酸化膜9あるいはトンネル酸化膜9よりも厚い絶
縁膜上に、例えばメモリセルと同様に電荷蓄積層10、
絶縁膜11、選択ゲートとなるゲート電極3を積層状に
堆積して形成される。ただし、この場合、制御ゲート方
向に並ぶ各電荷蓄積層10が電気的に接続される必要が
ある。具体的には、電荷蓄積層10に直接コンタクトを
取るために部分的にゲート電極3を除去しても良い。あ
るいは電荷蓄積層10と選択ゲートをシャントしても良
い。また、絶縁膜11を部分的あるいは全面除去しても
良い。
【0044】周辺トランジスタは、図5(a)に示すよ
うに、ゲート絶縁膜上にゲート電極12を形成してな
る。ゲート電極12はメモリセルの電荷蓄積層10の部
材を用いても良い。あるいは電荷蓄積層10の部材を除
去してゲート電極3を直接配置しても良い。あるいは選
択ゲートと同様に電荷蓄積層10とゲート電極3を積層
状に配置した後にシャントしても良い。また、図10
(d)に示すように、周辺トランジスタのゲート電極1
2は積層ゲートと同様、層間絶縁膜26とは異なる絶縁
膜で覆われてもよい。
【0045】メモリセル、選択ゲートトランジスタ、周
辺トランジスタは、素子分離領域2によって素子分離さ
れた素子領域1内に形成される。素子分離領域2は、部
分的にトレンチ(溝)を形成し、トレンチ内に絶縁部材
(例えば酸化膜)を埋め込んでいる。素子分離領域2
は、この他、部分的に半導体基板を酸化したフィールド
絶縁部材(例えば酸化膜)であってもよい。
【0046】ゲート加工後、各トランジスタ素子のソー
ス、ドレイン部にN型不純物あるいはP型不純物をドー
ピングしてNチャネルMOSあるいはPチャネルMOS
トランジスタの拡散層13を形成する(図5(a),図
6(d))。メモリセルの拡散層13も同様に形成す
る。
【0047】この実施形態では、ビット線コンタクト及
びソース線コンタクトを選択ゲートに対して自己整合的
に設けるセルフアラインコンタクトを採用している。す
なわち、選択ゲートSG(SGB,SGS)上に、例え
ば窒化シリコン膜を堆積して窒化シリコン材をマスクに
してスタックゲート加工し、さらに、窒化シリコンを再
度堆積して、ゲート材の側壁に窒化シリコンが残るよう
にエッチングすることにより、積層ゲートを窒化シリコ
ン材で覆う(絶縁膜25)。層間絶縁膜26は、例えば
SiO2 やBPSGにより構成し、必要があればRIE
やCMPにより層間絶縁膜26を平坦化してからビット
線コンタクト(CB)及び拡散層側ソース線コンタクト
(CSd )をRIEでエッチングして開口する。このと
き、層間絶縁膜26と窒化シリコン材(絶縁膜25)の
間で高選択比が取れるガス条件でエッチングすれば、層
間絶縁材をエッチングするときに積層ゲート、特にゲー
ト電極3が窒化シリコンでマスクされるためコンタクト
部の層間絶縁膜26のみがエッチングされる。従って、
ゲートとコンタクトの間に合わせずれ等を考慮して余裕
を設けなくても積層ゲートがエッチングされずにコンタ
クトを形成できる。
【0048】セルフアラインコンタクトを用いれば上記
の合わせ余裕を無くすことができるためメモリサイズの
縮小化が図れる。しかし、余裕があればセルフアライン
コンタクトとする必要はない。
【0049】このように開口したビット線コンタクト
(CB)及び拡散層側ソース線コンタクト(CSd )内
には、各不純物拡散層と電気的に接続するための導電部
材4を形成する(図6)。導電部材4は例えばN型にド
ーピングされた多結晶シリコンあるいは非晶質シリコン
を埋め込み、CMP(Chemical Mechanical Polishin
g)を行って形成する。
【0050】なお、導電部材4としての埋め込み材はシ
リコン材でなくとも構わない。例えばW等の金属材料で
も良い。ただし、W等の金属材の場合は、バリアメタル
材、例えばTi/TiN等を、予めコンタクト内部に形
成する必要がある。半導体基板の素子領域1とコンタク
トCBあるいはCSd の間の合わせ余裕がないと、図6
に示すようにコンタクト領域が素子分離領域2にずれて
しまう。上記ずれにより生じるビボット部分にはバリア
メタルあるいは金属材が均一に形成されない可能性があ
るためコンタクト不良等が生じる可能性がある。
【0051】一方、この実施形態で示した導電部材4と
してのシリコン材の埋め込みでは、ビボット部分にも基
板と同一材のシリコンが埋め込まれるため、コンタクト
不良が生じないと考えられるので素子分離方向の合わせ
ずれ余裕もなくすことができる。
【0052】続いて、周辺トランジスタでは、図5
(b)、図7(d)に示すように、ソースコンタクト
(CTS)、ドレインコンタクト(CTD)、ゲートコンタ
クト(CTG)内に導電部材5を形成する。導電部材5
は、例えばW等の高融点金属材あるいはAl等の低抵抗
金属材が適している。メモリセルアレイ内のウェルコン
タクトも同様の方法で形成が可能である。
【0053】続いて、図3、図5(c)、及び図8に示
すように、ビット線コンタクト(CB)、拡散層側ソー
ス線コンタクト(CSd )、周辺トランジスタの各コン
タクト(CTS、CTD、CTG)上において、それぞれ引き
出し電極となる導電部材6を形成する。この時、拡散層
側ソース線コンタクト(CSd )上における導電部材6
は、制御ゲート方向に並んだ各導電部材4を連結するた
め選択ゲートSGSに沿うように選択ゲート間に形成す
る。この導電部材6の形成は、例えばWを堆積後パター
ニングしても良いし、いったん絶縁膜を堆積し、配線部
分の絶縁膜を配線高さに対応する深さまで除去してから
導電部材6を埋め込んでCMPで平坦化してもよい。
【0054】上記導電部材6と周辺トランジスタの埋め
込みコンタクトである導電部材5とが同一材料、例えば
Wで形成される場合は、コンタクト(CTS,CTD
TG)を開口した後、埋め込みをせず、上記したよう
に、配線部分の層間絶縁材を配線高さに対応する深さま
で除去してから導電部材6を埋め込めば、埋め込み工程
と平坦化工程を1工程ずつ省略することが可能である。
【0055】続いて、図4、図5(d)、及び図9に示
すように、導電部材6上に選択的にコンタクト(CS,
CB)を開口し、その開口に導電部材7を形成する。導
電部材7は、金属配線であるビット線、ソース線、他の
金属配線と電気的に接続するための埋め込み部材であ
り、例えば、WあるいはAlを埋め込み平坦化するもの
である。
【0056】その後、図1、図5(e)、図10に示す
ように、周辺配線材としての金属配線8をパターニング
する。上述のように、金属配線8は、Al等の低抵抗配
線材であり、ビット線BL、ソース線SL、周辺配線
(MT )を形成する。
【0057】上記第1の実施形態のメモリセルアレイに
よれば、拡散ソース領域は、埋め込みコンタクト(導電
部材4)とそれを連結する金属導体(導電部材6)で結
合され、導電部材7により金属配線のソース線(SL)
に接続される。この結果、SAS法のような素子分離膜
のエッチングが必要なくなる。また、拡散ソース領域間
の抵抗は主に金属導体の抵抗で決まるため、ここでの抵
抗を極めて小さくすることができる特徴を有する。
【0058】さらに、ビット線及びソース線が同一方向
に延在して形成されるため、周辺回路との接続に関する
配線レイアウトが簡単になる。このため、メモリセルア
レイのさらなる微細化が可能となる。
【0059】また、ビット線とソース線の接続構造を同
一工程かつ同時に形成することが可能となる。これは、
製造工程の簡略化と共にプロセス歩留まりの向上にも有
利となる特徴を有する。さらに、同一半導体基板上にメ
モリセルアレイと周辺回路を形成する際にメモリセル内
信号線、例えばビット線(データ線)とソース線と、周
辺回路内のトランジスタのソース、ドレイン、ゲートの
少なくとも1つと接続される信号線の接続構造を同一工
程かつ同時に形成することが可能となる。これも製造工
程の簡略化と共にプロセス歩留まりの向上にも有利とな
る。
【0060】図11は、微細化のための部分的応用例で
あり、ビット線コンタクトCBを示している。図1の引
き出し用の電極である導電部材6及び埋め込みコンタク
トとなる導電部材7の配置関係を、ビット線コンタクト
CBから互い違いに引き出すようにすることによって、
隣合うコンタクト部の位置が隣接しないように配置して
いる。これにより、メモリセルの形成に当って、隣り合
う互いのビット線コンタクトに関する、引き出し電極と
しての導電部材6の形成余裕分を考慮する必要はない。
従って、さらなる微細化に寄与する。
【0061】図12は、この発明の第2の実施形態に係
るNAND型EEPROMのメモリセルアレイの要部の
構成を示す平面図である。また、図13〜図15は、図
12の構成の製造工程を順に示す平面図、図16(a)
〜(e)は、図12の構成の製造工程と共に形成される
周辺トランジスタ(MOSトランジスタ)回路の製造工
程を順に示す平面図である。図17〜図21の(a),
(b),(c)は、図12の構成の製造工程を順に示す
各部の断面図であり、図12〜図15それぞれに示す断
面線(対応する図番号と添字a〜cで示す)に対応す
る。また、図17〜図21の(d)は、図16(a)〜
(e)の製造工程に対応する要部の断面図である。
【0062】図21を参照しながら、第1の実施形態で
ある図1の構成との相違点を主に、図12の構成を説明
する。拡散ソース領域は、第1の実施形態と同様に、ソ
ース線に導電部材を介して導かれるが、第1の導電部材
4のコンタクト構造が異なっている。導電部材4は、ビ
ット線コンタクト(CB)では第1の実施形態と変わら
ないが、拡散層側ソース線コンタクト(CSd )に関し
異なっている。すなわち、ソース側選択ゲート(SG
S)間に挟まれた領域に沿って開口部14が形成され、
導電部材4が埋め込まれている(図21(c))。その
他、メモリセル(Cell)、選択ゲート(SGS)や周辺
トランジスタ(図16)の構成、ビット線、ソース線の
金属配線8の構成等は、第1の実施形態の構成と同様で
ある。
【0063】すなわち、この第2の実施形態では、図2
1(c)にも示すように、導電部材4は素子分離領域2
上にも配置されることになる。従って、拡散ソース領域
間の抵抗はほぼ引き出し電極の導電部材6と導電部材4
の並列抵抗となり、導電部材4の抵抗が低いほどここで
の抵抗をさらに低減することができる。
【0064】なお、ここでは図13にも示されるよう
に、導電部材4が制御ゲート方向の多数の拡散ソース領
域と接続するように連続して形成されているが、導電部
材4は選択ゲートSGS間に挟まれた領域に沿って必ず
しも連続して形成されなくてもよい。例えば複数の導電
部材4を不連続に形成した場合でも、その制御ゲート方
向の長さをビット線コンタクトCBの径の3倍以上程度
とすれば1個所の導電部材4で複数の拡散ソース領域を
連続的に接続でき、拡散ソース領域間の抵抗が低減化さ
れ得る。
【0065】第1の実施形態と異なる個所を主に、図1
2の構成の製造方法を以下説明する。まず、図13及び
図17を参照する。図2と同様にビット線コンタクト
(CB)を形成すると共に、この実施形態では拡散ソー
ス領域に対応する開口部(拡散層側ソース線コンタクト
CSd )14を形成する。次いで、ビット線コンタクト
CBと開口部14とに導電部材4を埋め込み形成する。
導電部材4は、例えばN型にドーピングされた多結晶シ
リコンあるいは非晶質シリコンを埋め込み、CMP(Ch
emical Mechanical Polishing )を行って形成する。
【0066】続いて、周辺トランジスタでは、図16
(b)、図18(d)に示すように、ソースコンタクト
(CTS)、ドレインコンタクト(CTD)、ゲートコンタ
クト(CTG)に導電部材5を形成する(第1の実施形態
の場合と同様)。
【0067】続いて、図14、図16(c)、及び図1
9に示すように、ビット線コンタクトCB及び拡散層側
ソース線コンタクトCSd 内の導電部材4上、そして周
辺トランジスタの各コンタクトCTS、CTD、CTG上にお
いて、それぞれ電極となる導電部材6を形成する。この
工程も第1の実施形態の場合と同様であり、導電部材6
は、選択ゲートSGSに沿うように選択ゲート間に形成
する。
【0068】続いて、図15、図16(d)、及び図2
0に示すように、導電部材6上に選択的にコンタクト
(CS,CB)を開口し、その開口に導電部材7を形成
する。これも第1の実施形態の場合と同様である。
【0069】その後、図12、図16(e)、図21に
示すように、周辺配線材としての金属配線8をパターニ
ングする。上述のように、金属配線8は、Al等の低抵
抗配線材であり、ビット線BL、ソース線SL、周辺配
線(MT )を形成する。
【0070】この実施形態の方法によれば、導電部材4
は選択ゲートSGSの間に連続的にに埋め込まれる。こ
れにより、導電部材4は、容易に低抵抗になるよう形成
できるので、拡散ソース領域間の抵抗のさらなる低減化
が期待できる。
【0071】図22は、この発明の第3の実施形態に係
るNAND型EEPROMのメモリセルアレイの要部の
構成を示す平面図である。また、図23,図24は、図
22の構成の製造工程を順に示す平面図、図25(a)
〜(d)は、図22の構成の製造工程と共に形成される
周辺トランジスタ(MOSトランジスタ)回路の製造工
程を順に示す平面図である。図26〜図29の(a),
(b),(c)は、図22の構成の製造工程を順に示す
各部の断面図であり、図22〜図24それぞれに示す断
面線(対応する図番号と添字a〜cで示す)に対応す
る。また、図26〜図29の(d)は、図25(a)〜
(d)の製造工程に対応する要部の断面図である。
【0072】図29を参照しながら、第2の実施形態で
ある図12の構成との相違点を主に、図22の構成を説
明する。拡散ソース領域は、第2の実施形態と同様に、
第1の導電部材4で連続的に結合されるが、その上全体
に導電部材6を設けない。導電部材4上には直接、導電
部材15を配置し、導電部材15によりビット線コンタ
クトCB、ソース線コンタクトCSを埋め込む。これに
伴い、周辺トランジスタの配線構成が図25のように異
なる。その他、メモリセル(Cell)、選択ゲート(SG
S)やビット線、ソース線の金属配線8の構成等は第2
の実施形態の構成と同様である。
【0073】第2の実施形態と異なる個所を主に、図2
2の構成の製造方法を以下説明する。まず、図23及び
図26を参照する。図13と同様にしてビット線コンタ
クト(CB)を形成すると共に、拡散ソース領域に対応
する開口部(拡散層側ソース線コンタクトCSd )14
を形成する。次いで、ビット線コンタクトCBと開口部
14とに導電部材4を埋め込み形成する。導電部材4
は、例えばN型にドーピングされた多結晶シリコンある
いは非晶質シリコンを埋め込み、CMP(Chemical Mec
hanical Polishing )を行って形成する。
【0074】続いて、周辺トランジスタでは、図25
(b)、図27(d)に示すように、ソースコンタクト
(CTS)、ドレインコンタクト(CTD)、ゲートコンタ
クト(CTG)に導電部材5を形成する(第2の実施形態
の場合と同様)。
【0075】続いて、図24、図25(c)、及び図2
8に示すように、ビット線コンタクトCB及びソース線
コンタクトCSに対応する導電部材4上、そして周辺ト
ランジスタの各コンタクトCTS、CTD、CTG上におい
て、それぞれ電極となる導電部材15を形成する。
【0076】その後、図22、図25(d)、及び図2
9に示すように、周辺配線材としての金属配線8をパタ
ーニングする。金属配線8は、Al等の低抵抗配線材で
あり、ビット線BL、ソース線SL、周辺配線(MT
を形成する。
【0077】この実施形態の方法によれば、ビット線コ
ンタクトおよびソース線コンタクトに関して導電部材6
のような電極材を介さずに、直接コンタクトを設けてい
るため、第2の実施形態よりも工程が簡略化される特徴
を有する。
【0078】この第3の実施形態は、工程が簡略化され
る反面、コンタクト直上でコンタクト同士を接続する必
要があるため合わせ余裕が厳しくなる。さらに、拡散ソ
ース領域間の抵抗が埋め込み材の抵抗で決まるため、低
抵抗化には多少不利である。
【0079】図30は、この発明の第4の実施形態に係
るNAND型EEPROMのメモリセルアレイの要部の
構成を示す平面図である。また、図31〜図33は、図
30の構成の製造工程を順に示す平面図、図34(a)
〜(d)は、図30の構成の製造工程と共に形成される
周辺トランジスタ(MOSトランジスタ)回路の製造工
程を順に示す平面図である。図35〜図39の(a),
(b),(c)は、図30の構成の製造工程を順に示す
各部の断面図であり、図30〜図33それぞれに示す断
面線(対応する図番号と添字a〜cで示す)に対応す
る。また、図35〜図39の(d)は、図34(a)〜
(d)の製造工程に対応する要部の断面図である。
【0080】図39を参照しながら、第3の実施形態で
ある図22の構成の相違点を主に、図30の構成を説明
する。ここでは、第1の導電部材4の上部に、周辺トラ
ンジスタの最初のコンタクト埋め込みで使用する低抵抗
の導電部材5を設けているところが異なる。導電部材5
は、例えばW等の高融点金属材あるいはAl等の低抵抗
金属材が適していることは上述した。この導電部材5に
よって、拡散ソース領域間の抵抗が低減される。その他
の個所は第3の実施形態と同様である。
【0081】第3の実施形態と異なる個所を主に、図3
0の構成の製造方法を以下説明する。まず、図31及び
図35を参照する。図23と同様にしてビット線コンタ
クト(CB)を形成すると共に、拡散層側ソース線コン
タクトCSd となる開口部14を形成する。次いで、ビ
ット線コンタクトCBと開口部14とに導電部材4を埋
め込み形成する。導電部材4は、例えばN型にドーピン
グされた多結晶シリコンあるいは非晶質シリコンを埋め
込む。
【0082】次に、導電部材4をCMP(Chemical Mec
hanical Polishing )を行って平坦化した後、図36に
示すように、例えばRIE(Reactive Ion Etching)法
を用いて、埋め込んだ導電部材4をエッチバックし、埋
め込み高さを下げる。
【0083】続いて、図32、図34(b)、及び図3
7に示すように、周辺トランジスタの各コンタクト
TS、CTD、CTGを開口し導電部材5を埋め込む。これ
と同時に、先にエッチバックしている埋め込みの高さが
低くなった導電部材4上、すなわち、ビット線コンタク
トCB及び開口部14に対応する個所に導電部材5が埋
め込まれる。平坦化の後には、ビット線コンタクトCB
と開口部(拡散層側ソース線コンタクトCSd )14に
は導電部材4と導電部材5の積層構造が形成される。
【0084】続いて、図33、図34(c)、及び図3
8に示すように、ビット線コンタクトCB及びソース線
コンタクトCSに対応する導電部材5上、そして周辺ト
ランジスタの各コンタクトCTS、CTD、CTG上におい
て、それぞれ電極となる導電部材15を形成する。
【0085】その後、図30、図34(d)、及び図3
9に示すように、周辺配線材としての金属配線8をパタ
ーニングする。金属配線8は、Al等の低抵抗配線材で
あり、ビット線BL、ソース線SL、周辺配線(MT
を形成する。
【0086】この実施形態の方法によれば、拡散ソース
領域間の抵抗は導電部材4の抵抗と導電部材5の抵抗の
並列抵抗となり、導電部材5が低抵抗であることから、
ここでの抵抗を低減することが可能となる。
【0087】なお、この発明は、上記各実施形態で示す
NAND型EEPROMのみに限定されない。以下、一
例を記載する。図40は、この発明の第5の実施形態に
係る、前記第2の実施形態を応用して構成されるNOR
型EEPROMのメモリセルアレイの要部の構成を示す
平面図である。また、図41〜図43は、図40の構成
の製造工程を順に示す平面図であり、図44(a)〜
(e)は、図40の構成の製造工程と共に形成される周
辺トランジスタ(MOSトランジスタ)回路の製造工程
を順に示す平面図である。
【0088】NOR型EEPROMでは2つのメモリセ
ル、例えば、CG1a とCG1b をそれぞれゲート電極
とするメモリセルが1つのビット線コンタクト(CB)
を共有し、同様に2つのメモリセル、例えばCG1b と
CG2b をそれぞれゲート電極とするメモリセルが1つ
のソース線に接続されている。図40において、ソース
線コンタクトCSでは、導電部材6が図43に示される
導電部材7を介して導かれる。導電部材6,7はいずれ
も金属部材としている。導電部材6は図41に示される
導電部材4に接続されている。導電部材4は、ゲート電
極間に沿って埋め込まれ、拡散ソース領域と接続されて
いる。ビット線コンタクトCBそれぞれも同様に、導電
部材6が導電部材7を介して導かれる。導電部材6は導
電部材4に接続されている。導電部材4は、各ビット線
コンタクトCBに対応するドレイン拡散層と接続されて
いる。
【0089】図40の構成の製造方法を以下説明する。
まず、図41に示すように、ビット線コンタクト(C
B)を形成すると共に、拡散ソース領域に対応する開口
部(拡散層側ソース線コンタクトCSd )14を形成す
る。その後、ビット線コンタクトCBと開口部14とに
導電部材4を埋め込み形成する。拡散層側ソース線コン
タクトCSd を埋める導電部材4は、ゲート電極CGに
沿うようにゲート電極CG間に1つおきに形成される。
【0090】続いて、周辺トランジスタでは、図44
(b)に示すように、ソースコンタクト(CTS)、ドレ
インコンタクト(CTD)、ゲートコンタクト(CTG)に
導電部材5を形成する。
【0091】続いて、図42、図44(c)に示すよう
に、ビット線コンタクトCB及び拡散層側ソース線コン
タクトCSd 内の導電部材4上、そして、周辺トランジ
スタの各コンタクトCTS、CTD、CTG上において、それ
ぞれ電極となる導電部材6を形成する。
【0092】続いて、図43、図44(d)に示すよう
に、導電部材6上に選択的にコンタクト(CS,CB)
を開口し、その開口内に導電部材7を形成する。周辺ト
ランジスタの各コンタクト部も同様である。
【0093】その後、図40、図44(e)に示すよう
に、周辺配線材としての金属配線8をパターニングす
る。上述のように、金属配線8は、Al等の低抵抗配線
材であり、ビット線BL、ソース線SL、周辺配線(M
T )を形成する。
【0094】この実施形態の方法によれば、導電部材4
及び導電部材6によって拡散ソース領域間が接続されて
いるため、SAS法のような素子分離膜のエッチングが
必要なく、かつ、拡散ソース領域間の抵抗を低減するこ
とが可能となる。
【0095】なお、本発明は上述した各実施形態に限定
されるものではない。その他、本発明の要旨を逸脱しな
い範囲で、種々変形して実施することができる。
【0096】
【発明の効果】この発明によれば、ビット線コンタクト
部とソース線コンタクト部に導電部材を埋め込み、別の
導電部材でもってソース線コンタクト間を電気的に接続
することにより、トレンチ素子分離が採用される集積化
の中で、信頼性が懸念される現状のSAS法を用いるこ
となく、共通信号線の抵抗の低減とメモリセルアレイサ
イズの縮小を同時に実現できる高信頼性の半導体装置及
びその製造方法が提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の第1の実施形態に係るNAND型E
EPROMのメモリセルアレイの要部の構成を示す平面
図。
【図2】図1の構成の製造工程を示す第1の平面図。
【図3】図1の構成の製造工程を示す第2の平面図。
【図4】図1の構成の製造工程を示す第3の平面図。
【図5】(a)〜(e)は図1の構成の製造工程と共に
形成される周辺トランジスタ(MOSトランジスタ)回
路の製造工程を順に示す平面図。
【図6】(a),(b),(c)は、図1の構成の製造
工程に関する各部を示す第1の断面図であり、(d)
は、図5の製造工程に関する要部の第1の断面図。
【図7】(a),(b),(c)は、図1の構成の製造
工程に関する各部を示す第2の断面図であり、(d)
は、図5の製造工程に関する要部の第2の断面図。
【図8】(a),(b),(c)は、図1の構成の製造
工程に関する各部を示す第3の断面図であり、(d)
は、図5の製造工程に関する要部の第3の断面図。
【図9】(a),(b),(c)は、図1の構成の製造
工程に関する各部を示す第4の断面図であり、(d)
は、図5の製造工程に関する要部の第4の断面図。
【図10】(a),(b),(c)は、図1の構成の製
造工程に関する各部を示す第5の断面図であり、(d)
は、図5の製造工程に関する要部の第5の断面図。
【図11】微細化のための部分的応用例であり、ビット
線コンタクトを示す平面図。
【図12】この発明の第2の実施形態に係るNAND型
EEPROMのメモリセルアレイの要部の構成を示す平
面図。
【図13】図12の構成の製造工程を示す第1の平面
図。
【図14】図12の構成の製造工程を示す第2の平面
図。
【図15】図12の構成の製造工程を示す第3の平面
図。
【図16】(a)〜(e)は図12の構成の製造工程と
共に形成される周辺トランジスタ(MOSトランジス
タ)回路の製造工程を順に示す平面図。
【図17】(a),(b),(c)は、図12の構成の
製造工程に関する各部を示す第1の断面図であり、
(d)は、図16の製造工程に関する要部の第1の断面
図。
【図18】(a),(b),(c)は、図12の構成の
製造工程に関する各部を示す第2の断面図であり、
(d)は、図16の製造工程に関する要部の第2の断面
図。
【図19】(a),(b),(c)は、図12の構成の
製造工程に関する各部を示す第3の断面図であり、
(d)は、図16の製造工程に関する要部の第3の断面
図。
【図20】(a),(b),(c)は、図12の構成の
製造工程に関する各部を示す第4の断面図であり、
(d)は、図16の製造工程に関する要部の第4の断面
図。
【図21】(a),(b),(c)は、図12の構成の
製造工程に関する各部を示す第5の断面図であり、
(d)は、図16の製造工程に関する要部の第5の断面
図。
【図22】この発明の第3の実施形態に係るNAND型
EEPROMのメモリセルアレイの要部の構成を示す平
面図。
【図23】図22の構成の製造工程を示す第1の平面
図。
【図24】図22の構成の製造工程を示す第2の平面
図。
【図25】(a)〜(d)は図22の構成の製造工程と
共に形成される周辺トランジスタ(MOSトランジス
タ)回路の製造工程を順に示す平面図。
【図26】(a),(b),(c)は、図22の構成の
製造工程に関する各部を示す第1の断面図であり、
(d)は、図25の製造工程に関する要部の第1の断面
図。
【図27】(a),(b),(c)は、図22の構成の
製造工程に関する各部を示す第2の断面図であり、
(d)は、図25の製造工程に関する要部の第2の断面
図。
【図28】(a),(b),(c)は、図22の構成の
製造工程に関する各部を示す第2の断面図であり、
(d)は、図25の製造工程に関する要部の第2の断面
図。
【図29】(a),(b),(c)は、図22の構成の
製造工程に関する各部を示す第3の断面図であり、
(d)は、図25の製造工程に関する要部の第4の断面
図。
【図30】この発明の第4の実施形態に係るNAND型
EEPROMのメモリセルアレイの要部の構成を示す平
面図。
【図31】図30の構成の製造工程を示す第1の平面
図。
【図32】図30の構成の製造工程を示す第2の平面
図。
【図33】図30の構成の製造工程を示す第3の平面
図。
【図34】(a)〜(d)は図30の構成の製造工程と
共に形成される周辺トランジスタ(MOSトランジス
タ)回路の製造工程を順に示す平面図。
【図35】(a),(b),(c)は、図30の構成の
製造工程に関する各部を示す第1の断面図であり、
(d)は、図34の製造工程に関する要部の第1の断面
図。
【図36】(a),(b),(c)は、図30の構成の
製造工程に関する各部を示す第2の断面図であり、
(d)は、図34の製造工程に関する要部の第2の断面
図。
【図37】(a),(b),(c)は、図30の構成の
製造工程に関する各部を示す第3の断面図であり、
(d)は、図34の製造工程に関する要部の第3の断面
図。
【図38】(a),(b),(c)は、図30の構成の
製造工程に関する各部を示す第4の断面図であり、
(d)は、図34の製造工程に関する要部の第4の断面
図。
【図39】(a),(b),(c)は、図30の構成の
製造工程に関する各部を示す第5の断面図であり、
(d)は、図34の製造工程に関する要部の第5の断面
図。
【図40】この発明の第5の実施形態に係るNOR型E
EPROMのメモリセルアレイの要部の構成を示す平面
図。
【図41】図40の構成の製造工程を示す第1の平面
図。
【図42】図40の構成の製造工程を示す第2の平面
図。
【図43】図40の構成の製造工程を示す第3の平面
図。
【図44】(a)〜(e)は図40の構成の製造工程と
共に形成される周辺トランジスタ(MOSトランジス
タ)回路の製造工程を順に示す平面図。
【図45】EEPROMの一つである一般的なMOS型
FET構成のEEPROMのメモリセルの構造を示す平
面図。
【図46】図45のF46−F46断面図。
【図47】トレンチ素子分離を用いた場合の上記図46
の断面図と比較対象となる部分の断面図。
【図48】NOR型セルの構成を示す平面図。
【図49】(a),(b)は、それぞれメモリセルアレ
イの製造工程を示す断面図であり、SAS(Self-Align
ed-Source )法を用いた場合について説明するための断
面図。
【図50】NAND型セルの構成を示す平面図。
【図51】NANDセル構成のメモリセルアレイの動作
電位関係を示す第一例としての図。
【図52】NANDセル構成のメモリセルアレイの動作
電位関係を示す第二例としての図。
【符号の説明】
1…半導体基板領域上の素子領域(半導体基板領域) 2…素子分離領域 3…ゲート部材(制御ゲート) 4…導電部材(例えば多結晶シリコン) 5…導電部材(例えばW等の金属) 6,7…導電部材(例えばW、Al等の金属) 8…金属配線(ビット線、ソース線及び周辺配線材(例
えばAl)) 9…第1ゲート絶縁膜(トンネル酸化膜) 10…電荷蓄積層(フローティングゲート) 11…第2ゲート絶縁膜(ONO膜) 12…周辺トランジスタのゲート電極 13…ソース・ドレイン拡散層 14…開口部 15…導電部材 25…絶縁膜 26…層間絶縁膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 有留 誠一 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内 (72)発明者 渡辺 寿治 神奈川県川崎市幸区小向東芝町1番地 株 式会社東芝研究開発センター内

Claims (33)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板と、 前記半導体基板上に設けられた複数の素子分離領域と、 前記素子分離領域によってストライプ状に分離された複
    数の第1半導体領域と、 メモリセルアレイとして構成するため前記第1半導体領
    域に交差するように、かつ、所定の間隔を保って設けら
    れた複数のゲート部材と、 前記ゲート部材相互間における前記第1半導体領域表面
    に設けられた、前記半導体基板とは逆の導電型を持つ第
    2半導体領域と、 前記メモリセルアレイを覆う層間絶縁膜と、 第1の隣り合う前記ゲート部材相互間における前記第2
    半導体領域の各々に電気的に接続され、かつ、第2の隣
    り合う前記ゲート部材相互間における前記第2半導体領
    域の各々に電気的に接続される第1導電部材と、 前記第1の隣り合う前記ゲート部材相互間における前記
    第1導電部材各々に対して電気的に接続するように設け
    られ、かつ、前記第2の隣り合う前記ゲート部材相互間
    における前記第1導電部材各々共通に電気的に接続する
    ように前記ゲート部材相互間に沿って設けられる第2導
    電部材と、 各々が所定の前記第2導電部材の対応部分と電気的に接
    続するため互いに離間しながら前記ゲート部材と交差す
    るように設けられた電位供給用の配線とを具備したこと
    を特徴とする半導体装置。
  2. 【請求項2】 前記メモリセルの前記ゲート部材として
    電荷蓄積層と制御ゲートを含み、この電荷蓄積層と制御
    ゲートとの間の絶縁膜は酸化膜あるいは窒化膜あるいは
    酸化窒化膜あるいは酸化膜と窒化膜の積層膜であること
    を特徴とする請求項1記載の半導体装置。
  3. 【請求項3】 前記ゲート部材の周辺は前記層間絶縁膜
    とは異なる絶縁膜で覆われていることを特徴とする請求
    項2記載の半導体装置。
  4. 【請求項4】 前記素子分離領域は、前記半導体基板に
    選択的に形成されたトレンチに絶縁部材が埋め込まれて
    いるトレンチ素子分離領域であることを特徴とする請求
    項1記載の半導体装置。
  5. 【請求項5】 前記電位供給用の配線は、前記第1の隣
    り合う前記ゲート部材相互間の前記第2導電部材と電気
    的に接続するときビット線であり、前記第2の隣り合う
    前記ゲート部材相互間の前記第2導電部材と電気的に接
    続するときソース線であることを特徴とする請求項1記
    載の半導体装置。
  6. 【請求項6】 前記第1の隣り合う前記ゲート部材相互
    間の前記第2導電部材は前記第1の隣り合う前記ゲート
    部材相互間を中心に互い違いに引き出され、前記第2導
    電部材における引き出し部と前記ビット線とが電気的に
    接続されることを特徴とする請求項5記載の半導体装
    置。
  7. 【請求項7】 前記第2導電部材の対応部分は、第3導
    電部材を介して前記配線と電気的に接続されることを特
    徴とする請求項1記載の半導体装置。
  8. 【請求項8】 前記第1導電部材は、前記第2の隣り合
    う前記ゲート部材相互間における前記第2半導体領域の
    各々に電気的に接続される構成に関し、それぞれ前記第
    2半導体領域に対応して個々に前記層間絶縁膜に隔てら
    れ離間していることを特徴とする請求項1記載の半導体
    装置。
  9. 【請求項9】 前記第1導電部材は、前記第2の隣り合
    う前記ゲート部材相互間における前記第2半導体領域の
    各々に電気的に接続される構成に関し、前記ゲート部材
    相互間に沿って連続していることを特徴とする請求項1
    記載の半導体装置。
  10. 【請求項10】 前記第2導電部材は、前記第1の隣り
    合う前記ゲート部材相互間、前記第2の隣り合う前記ゲ
    ート部材相互間で、前記第1導電部材と略同一幅で前記
    第1導電部材上に設けられていることを特徴とする請求
    項1記載の半導体装置。
  11. 【請求項11】 前記第2導電部材は、前記第1の隣り
    合う前記ゲート部材相互間、前記第2の隣り合う前記ゲ
    ート部材相互間で、前記第1導電部材より大きい幅で前
    記第1導電部材上に設けられていることを特徴とする請
    求項1記載の半導体装置。
  12. 【請求項12】 前記第2導電部材は、前記第1導電部
    材より層厚が小さいことを特徴とする請求項1記載の半
    導体装置。
  13. 【請求項13】 前記第2導電部材は、前記第1導電部
    材より低抵抗率を有することを特徴とする請求項1記載
    の半導体装置。
  14. 【請求項14】 前記第2導電部材は、金属部材である
    ことを特徴とする請求項1記載の半導体装置。
  15. 【請求項15】 前記メモリセルアレイを駆動する周辺
    回路を構成するトランジスタを具備し、前記第1導電部
    材、第2導電部材のうちの少なくとも一つは前記トラン
    ジスタのソース、ドレイン、ゲート電極の少なくとも1
    つと電気的に接続されていることを特徴とする請求項1
    記載の半導体装置。
  16. 【請求項16】 半導体基板と、 前記半導体基板上に設けられた複数の素子分離領域と、 前記素子分離領域によって分離された複数の第1半導体
    領域と、 メモリセルアレイとして構成するため前記第1半導体領
    域に交差するように、かつ、所定の間隔を保って設けら
    れた複数のゲート部材と、 前記ゲート部材相互間における前記第1半導体領域表面
    に設けられた、前記半導体基板とは逆の導電型を持つ第
    2半導体領域と、 前記メモリセルアレイを覆う層間絶縁膜と、 前記層間絶縁膜上で前記第1半導体領域に沿って設けら
    れる、複数のビット線及び前記ビット線複数本おきに配
    置される複数のソース線と、 第1の隣り合う前記ゲート部材相互間における前記第2
    半導体領域と前記ビット線とを結合するため前記第2半
    導体領域各々に対応して個々に設けられ、かつ、第2の
    隣り合う前記ゲート部材相互間における前記第2半導体
    領域と前記ソース線とを結合するため前記第2半導体領
    域共通に対応するように設けられる導電部材とを具備し
    たことを特徴とする半導体装置。
  17. 【請求項17】 前記第1の隣り合う前記ゲート部材相
    互間は前記メモリセルアレイのドレインコンタクト領域
    として、前記第2の隣り合う前記ゲート部材相互間は前
    記メモリセルアレイのソースコンタクト領域として与え
    られていることを特徴とする請求項16記載の半導体装
    置。
  18. 【請求項18】 前記ビット線と結合される前記導電部
    材のコンタクト部分は前記第1の隣り合う前記ゲート部
    材相互間を中心に互い違いに引き出されていることを特
    徴とする請求項17記載の半導体装置。
  19. 【請求項19】 前記導電部材は互いに電気的に接続さ
    れる第1、第2、第3の導電部材を含み、前記第1の導
    電部材は前記第2の半導体領域に接続され、前記第3の
    導電部材はそれぞれ対応する前記ビット線またはソース
    線に接続され、前記第2の導電部材は、前記第1の導電
    部材と第3の導電部材との間に設けられることを特徴と
    する請求項16記載の半導体装置。
  20. 【請求項20】 前記第1の導電部材と第3の導電部材
    は実質的に同一の物質であることを特徴とする請求項1
    9記載の半導体装置。
  21. 【請求項21】 前記第2の隣り合う前記ゲート部材相
    互間で、前記第1の導電部材は個々に前記層間絶縁膜に
    隔てられ離間し、前記第2の導電部材は前記第2の隣り
    合う前記ゲート部材相互間に沿って連続していることを
    特徴とする請求項19記載の半導体装置。
  22. 【請求項22】 前記第2の隣り合う前記ゲート部材相
    互間で、前記第1の導電部材及び前記第2の導電部材は
    前記第2の隣り合う前記ゲート部材相互間に沿って連続
    していることを特徴とする請求項19記載の半導体装
    置。
  23. 【請求項23】 前記第2の導電部材は、前記第1の隣
    り合う前記ゲート部材相互間、前記第2の隣り合う前記
    ゲート部材相互間で、前記第1の導電部材と略同一幅で
    前記第1の導電部材上に設けられていることを特徴とす
    る請求項19記載の半導体装置。
  24. 【請求項24】 前記第2の導電部材は、前記第1の隣
    り合う前記ゲート部材相互間、前記第2の隣り合う前記
    ゲート部材相互間で、前記第1の導電部材より大きい幅
    で前記第1の導電部材上に設けられていることを特徴と
    する請求項19記載の半導体装置。
  25. 【請求項25】 前記第2の導電部材は、前記第1の導
    電部材より層厚が小さいことを特徴とする請求項19記
    載の半導体装置。
  26. 【請求項26】 前記第2の導電部材は、前記第1の導
    電部材より低抵抗率を有することを特徴とする請求項1
    9記載の半導体装置。
  27. 【請求項27】 前記第2の導電部材は、金属部材であ
    ることを特徴とする請求項19記載の半導体装置。
  28. 【請求項28】 前記導電部材は互いに電気的に接続さ
    れる第1、第2の導電部材を含み、前記第1の導電部材
    は前記第2の半導体領域に接続され、前記第2の導電部
    材はそれぞれ対応する前記ビット線またはソース線に接
    続されることを特徴とする請求項16記載の半導体装
    置。
  29. 【請求項29】 前記第2の隣り合う前記ゲート部材相
    互間で、前記第1の導電部材及び前記第2の導電部材は
    前記第2の隣り合う前記ゲート部材相互間に沿って連続
    していることを特徴とする請求項28記載の半導体装
    置。
  30. 【請求項30】 前記メモリセルアレイを駆動する周辺
    回路を構成するトランジスタを具備し、前記導電部材は
    前記トランジスタのソース、ドレイン、ゲート電極の少
    なくとも1つと電気的に結合されていることを特徴とす
    る請求項16記載の半導体装置。
  31. 【請求項31】 半導体基板上に複数の素子分離領域を
    形成する工程と、 メモリセルアレイとして構成するため前記素子分離領域
    によって分離された第1半導体領域に交差するように、
    かつ、互いに所定の間隔を保つように複数のゲート部材
    を形成する工程と、 少なくとも前記ゲート部材をマスクにして前記第1半導
    体領域表面に前記半導体基板とは逆の導電型を持つ第2
    半導体領域を形成する工程と、 前記メモリセルアレイを覆う層間絶縁膜を形成する工程
    と、 第1の隣り合う前記ゲート部材相互間における前記第2
    半導体領域に対応して、かつ、第2の隣り合う前記ゲー
    ト部材相互間における前記第2半導体領域に対応して前
    記層間絶縁膜に開口部を形成し少なくともこの開口部に
    導電部材を形成する工程と、 各々前記第1の隣り合う前記ゲート部材相互間における
    前記導電部材の対応部分と結合するビット線及び前記第
    2の隣り合う前記ゲート部材相互間における前記導電部
    材の対応部分と結合するソース線を前記ゲート部材と交
    差させるように形成する工程とを具備し、 前記導電部材は、前記第2の隣り合う前記ゲート部材相
    互間における前記第2半導体領域が共通接続されるよう
    に、前記第2の隣り合う前記ゲート部材相互間に沿って
    連続して形成されることを特徴とする半導体装置の製造
    方法。
  32. 【請求項32】 半導体基板上に複数の素子分離領域を
    形成する工程と、 メモリセルアレイとして構成するため前記素子分離領域
    によって分離された第1半導体領域に交差するように、
    かつ、互いに所定の間隔を保つように複数のゲート部材
    を形成すると共に前記メモリセルアレイの動作に関係す
    る周辺トランジスタのゲート電極を形成する工程と、 少なくとも前記ゲート部材及び前記ゲート電極をマスク
    にして前記第1半導体領域表面に前記半導体基板とは逆
    の導電型を持つ第2半導体領域を形成する工程と、 前記メモリセルアレイ及び前記ゲート電極を覆う層間絶
    縁膜を形成する工程と、 第1の隣り合う前記ゲート部材相互間における前記第2
    半導体領域に対応して、かつ、第2の隣り合う前記ゲー
    ト部材相互間における前記第2半導体領域に対応して前
    記層間絶縁膜に開口部を形成し少なくともこの開口部に
    導電部材を形成すると共に、前記周辺トランジスタの配
    線部材の一部を形成する工程と、 各々前記第1の隣り合う前記ゲート部材相互間における
    前記導電部材の対応部分と結合するビット線及び前記第
    2の隣り合う前記ゲート部材相互間における前記導電部
    材の対応部分と結合するソース線を前記ゲート部材と交
    差させるように形成すると共に、前記周辺トランジスタ
    の配線部材の他の一部を形成する工程とを具備し、 前記導電部材は、前記第2の隣り合う前記ゲート部材相
    互間における前記第2半導体領域が共通接続されるよう
    に、前記第2の隣り合う前記ゲート部材相互間に沿って
    連続して形成されることを特徴とする半導体装置の製造
    方法。
  33. 【請求項33】 前記導電部材は、互いに異なる導電体
    を加工、接続することで形成され、一方の導電体は他方
    の導電体より低抵抗率を有することを特徴とする請求項
    31または請求項32記載の半導体装置の製造方法。
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