JP2004006449A - Semiconductor integrated circuit device - Google Patents
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Abstract
【課題】NAND型不揮発性メモリにおいて、メモリセルトランジスタおよび選択ゲートトランジスタの特性がショートチャネル効果により悪化したり、選択ゲートトランジスタのゲート電極に対して自己整合的に形成されたコンタクトプラグと選択ゲートトランジスタのゲート電極がショートすることを防止する。
【解決手段】NAND型のメモリセルユニットに接続された選択ゲートトランジスタを有するNAND型不揮発性メモリにおいて、選択ゲートトランジスタのソース領域あるいはドレイン領域7bとコンタクトプラグ11、12の界面の一部は、選択ゲートトランジスタのチャネル領域とゲート絶縁膜2の界面に対して段差を有するように低い位置に形成されている。
【選択図】 図1In a NAND-type nonvolatile memory, characteristics of a memory cell transistor and a select gate transistor are deteriorated due to a short channel effect, or a contact plug and a select gate transistor formed in a self-aligned manner with a gate electrode of the select gate transistor. To prevent short circuit of the gate electrode.
In a NAND type nonvolatile memory having a select gate transistor connected to a NAND type memory cell unit, a part of an interface between a source region or a drain region of a select gate transistor and contact plugs is selected. It is formed at a lower position so as to have a step with respect to the interface between the channel region of the gate transistor and the gate insulating film 2.
[Selection diagram] Fig. 1
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体集積回路装置に係り、特に不揮発性のメモリセルトランジスタと選択ゲートトランジスタのアレイを有する半導体集積回路装置における選択ゲートトランジスタの一端側のコンタクト部の構造に関するもので、例えばNAND型の不揮発性半導体記憶素子のアレイを有する半導体メモリ、メモリ混載デバイスなどに使用されるものである。
【0002】
【従来の技術】
図6(a)は、従来のNAND型の不揮発性半導体メモリにおけるメモリセルアレイの構成を示す平面図である。図6(b)は、同図(a)のB−B線に沿った断面図である。
【0003】
図6(a)、(b)において、p型シリコン基板(あるいはp型ウェル)101には、浅いトレンチ型の素子分離領域(STI)が選択的に形成されており、素子分離された基板上(素子領域)のチャネル領域全面には、トンネル電流が流れ得る薄いゲート絶縁膜(トンネル絶縁膜)102が形成されている。
【0004】
このトンネル絶縁膜102の上には、メモリセル毎に分離された電荷蓄積層103が形成され、その上にはゲート間絶縁膜104を介して制御ゲート105が形成され、その上にはゲートキャップ膜106が形成されることにより、積層ゲートが形成されている。
【0005】
積層ゲート下のp型半導体基板101の表面部(チャネル部)の両側の表面部には、チャネル部とは逆導電型の不純物がドーピングされたn型拡散層107が形成され、ソース領域あるいはドレイン領域となっている。
【0006】
積層ゲートおよび積層ゲート間を覆うように絶縁膜108、さらに、コンタクトバリア膜109が形成されており、その上には層間絶縁膜110が形成されている。
【0007】
上記したような積層ゲート、チャネル部、ソース領域およびドレイン領域を有するトランジスタの複数個が、隣り合う同士でn型拡散層107を共有するように直列接続されて配置されている。この直列接続されたトランジスタの両端のn型拡散層107上には、コンタクトバリア膜109および絶縁膜108に開口されたコンタクトホールを介してビット線コンタクトプラグ111あるいは共通ソース線コンタクトプラグ112がコンタクトされている。これらのコンタクトプラグ111、112は導電材である低抵抗ポリシリコン(あるいは金属材)からなる。
【0008】
ここで、コンタクトプラグ111、112に隣接する両端のトランジスタは、電荷蓄積層103と制御ゲート105が短絡接続され、ゲート電極として電荷蓄積層103にゲート信号が印加される選択ゲートトランジスタとして動作し、この選択ゲートで挟まれた複数のトランジスタはメモリセルトランジスタとして動作するものである。
【0009】
上記したような複数のメモリセルトランジスタからなるメモリセルユニットおよび選択ゲートトランジスタはそれぞれ複数個形成されてメモリセルアレイを構成している。この場合、共通ソース線コンタクトプラグ112は共通ソース線114に接続されており、ビット線コンタクトプラグ111は金属電極からなるビット線113に接続されている。
【0010】
しかし、図6(b)に示すように、ビット線コンタクトプラグ111および共通ソース線コンタクトプラグ112が、選択ゲートトランジスタのゲート電極103に対して自己整合的に形成されている場合、選択ゲートトランジスタのゲート電極103とビット線コンタクトプラグ111あるいは共通ソース線コンタクトプラグ112との間でショートが起き易いという問題があった。
【0011】
この問題を改善するためには、ゲート電極の異方性エッチングの条件を最適化し、ゲート電極103の側面が垂直になるように加工することが有効である。
【0012】
上記問題を改善し、さらにメモリセルの信頼性を向上させる構造が、本願出願人の特許出願に係る特願2001−352020 により提案されている。
【0013】
図7は、上記提案に係る構造の一例を示している。
【0014】
この構造は、図6(b)に示した構造と比べて、ゲート電極のエッチングの際に、ゲート電極間のゲート絶縁膜102およびシリコン基板101の一部を掘り込むまで十分にエッチングを行うことにより、ゲート電極間のシリコン基板の位置をチャネル領域よりも低くした点が異なり、その他は同じであるので同じ符号を付している。
【0015】
しかし、図7に示す構造では、選択ゲートトランジスタおよびメモリセルトランジスタのそれぞれでソース領域、ドレイン領域が深くなるので、ショートチャネル効果によってトランジスタ特性が悪化し、選択ゲートトランジスタおよびメモリセルトランジスタの微細化が困難であるという問題があった。
【0016】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように従来の不揮発性半導体メモリは、不揮発性のメモリセルトランジスタと選択ゲートトランジスタのアレイにおいて選択ゲートトランジスタのゲート電極とビット線コンタクトプラグとの間やゲート電極と共通ソース線コンタクトプラグとの間でショートが起き易いという問題があった。
【0017】
また、ゲート電極間のシリコン基板の位置をチャネル領域よりも低くした構造は、ショートチャネル効果によってトランジスタ特性が悪化し、選択ゲートトランジスタおよびメモリセルトランジスタの微細化が困難であるという問題があった。
【0018】
本発明は上記の問題点を解決すべくなされたもので、不揮発性のメモリセルトランジスタおよび選択ゲートトランジスタの特性がショートチャネル効果により悪化したり、選択ゲートトランジスタのゲート電極に対して自己整合的に形成されたコンタクトプラグと選択ゲートトランジスタのゲート電極がショートすることを防止し得る半導体集積回路装置を提供することを目的とする。
【0019】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体集積回路装置は、半導体基板上に形成された第1導電型の第1半導体領域の表層部で互いに離間して前記第1導電型に対して逆導電型である第2導電型の第2半導体領域が形成され、前記第2半導体領域相互間の前記第1半導体領域上に第1ゲート絶縁膜を介して電荷蓄積層および制御ゲート層が積層され、前記第2半導体領域上に第1絶縁膜が形成された少なくとも1つのメモリセルトランジスタからなるメモリセルユニットと、前記半導体基板上に形成された第1導電型の第3半導体領域の表層部で互いに離間して前記第2導電型の第4半導体領域および第5半導体領域が形成され、前記第3半導体領域上に第2ゲート絶縁膜を介して第1ゲート電極が形成され、前記第4半導体領域上に第2絶縁膜が形成され、前記第4半導体領域は前記メモリセルユニットの第2半導体領域の1つに接続された選択ゲートトランジスタと、前記選択ゲートトランジスタの第5半導体領域上に形成された第1コンタクトプラグと、前記メモリセルユニットおよび選択ゲートトランジスタがそれぞれ複数個形成されてなり、前記第1コンタクトプラグにビット線またはソース線が電気的に接続されたメモリセルアレイとを具備し、前記選択ゲートトランジスタの第4半導体領域と第2絶縁膜の界面は前記第3半導体領域と第2ゲート絶縁膜の界面に対して段差がないように位置し、前記選択ゲートトランジスタの第5半導体領域と第1コンタクトプラグの界面の一部は前記第3半導体領域と第2ゲート絶縁膜の界面に対して第1段差を有するように低く位置していることを特徴とする。
【0020】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【0021】
<第1の実施形態>
図1(a)は、第1の実施の形態に係るNAND型の不揮発性半導体メモリにおけるメモリセルアレイの一部を示す平面図である。図1(b)は、同図(a)中のB−B線に沿った断面図である。
【0022】
図1(a)、(b)において、p型シリコン基板(あるいはp型ウェル)1には、浅いトレンチ溝の内部に絶縁材料(例えば二酸化シリコン材)が埋め込まれてなる素子分離領域(STI)が選択的に形成されている。このように素子分離された基板上(素子領域)のチャネル領域全面には、トンネル電流が流れ得る薄いゲート絶縁膜(トンネル絶縁膜)2が形成されている。
【0023】
このトンネル絶縁膜2の上には、メモリセル毎に分離された電荷蓄積層3が形成され、その上にはゲート間絶縁膜4を介して制御ゲート5が形成され、その上にはゲートキャップ膜(例えば窒化シリコン膜)6が形成されることにより、積層ゲートが形成されている。
【0024】
積層ゲート下のp型半導体基板1の表面部(チャネル部)の両側の表面部には、チャネル部とは逆導電型の不純物がドーピングされたn型拡散層7aあるいは7bが形成され、ソース領域あるいはドレイン領域となっている。
【0025】
積層ゲートおよび積層ゲート間を覆うように絶縁膜8(例えば熱酸化による二酸化シリコン膜)、さらに、コンタクトバリア膜(例えば窒化シリコン)9が形成されており、その上には層間絶縁膜(例えばBPSG膜)10が形成されている。
【0026】
上記したような積層ゲート、チャネル部、ソース領域およびドレイン領域を有するトランジスタの複数個が、隣り合う同士でn型拡散層7aを共有するように直列接続されて配置されている。この直列接続されたトランジスタの両端のn型拡散層7b上には、コンタクトバリア膜9および絶縁膜8に開口されたコンタクトホールを介してビット線コンタクトプラグ11あるいは共通ソース線コンタクトプラグ12がコンタクトされている。これらのコンタクトプラグ11、12は導電材である低抵抗ポリシリコン(あるいは金属材)からなる。
【0027】
ここで、コンタクトプラグ11、12に隣接する両端のトランジスタは、電荷蓄積層3と制御ゲート5が短絡接続され、ゲート電極として電荷蓄積層3にゲート信号が印加される選択ゲートトランジスタとして動作し、この選択ゲートで挟まれた複数のトランジスタはメモリセルトランジスタとして動作するものである。
【0028】
上記したような複数のメモリセルトランジスタからなるメモリセルユニットおよび選択ゲートトランジスタはそれぞれ複数個形成されてメモリセルアレイを構成している。この場合、共通ソース線コンタクトプラグ12は共通ソース線14に接続されており、ビット線コンタクトプラグ11は金属電極からなるビット線13に接続されている。
【0029】
次に、図2乃至図5を参照しながら、図1のNAND型の不揮発性半導体メモリの製造方法の一例について説明する。
【0030】
まず、図2(a)に示すように、p型シリコン基板(あるいはp型ウェル)1に選択的に素子分離領域を形成した後、素子領域のチャネル領域全面にゲート絶縁膜(トンネル絶縁膜)2を形成し、その上に電荷蓄積層3、ゲート間絶縁膜4、制御ゲート5およびゲートキャップ膜6の積層ゲートを形成する。この場合、電荷蓄積層3、制御ゲート5およびゲートキャップ膜6の側端部が揃うように自己整合的に加工する。
【0031】
次に、図2(b)に示すように、レジスト2rを塗布し、リソグラフィ工程により、隣り合う(対向する)選択ゲートトランジスタのゲート電極間を開口し、異方性エッチングを行う。この時、選択ゲートトランジスタのゲート電極間のゲート絶縁膜2およびシリコン基板1の一部を除去するまで十分にエッチングを行うことにより、選択ゲートトランジスタのゲート電極の側面が垂直になる。
【0032】
次に、図2(c)に示すように、熱酸化によって、積層ゲートおよび選択ゲートトランジスタのゲート電極間のシリコン半導体基板1の表面に二酸化シリコン膜8を形成した後、必要であればリソグラフィ工程によりメモリセルアレイ領域のみ開口し、n型の不純物のドーピングを行い、n型拡散層7aおよび7bを形成する。
【0033】
以上の工程により、隣り合う選択ゲートトランジスタのゲート電極間のn型拡散層7bと絶縁膜8の界面の一部は、チャネル部のp型半導体基板1とトンネル絶縁膜2の界面よりも段差だけ低く位置する構造を得る。
【0034】
ここで、選択ゲートトランジスタのゲート電極の側面を垂直にするため、図3(a)に示すように、前記段差の深さd1は、前記トンネル絶縁膜2の厚さd2よりも大きいことが望ましい。但し、前記段差が過度に大きい場合は、ショートチャネル効果の悪化が激しくなるので、そのような悪影響が発生しない程度の深さに設定する必要がある。
【0035】
また、前記段差が積層ゲートの電荷蓄積層3の下にまで形成されると、トンネル絶縁膜2が厚くなった効果によりメモリセルの特性が低下するので、図3(b)に示すように、電荷蓄積層3のエッジの外側に段差があることが望ましい。即ち、電荷蓄積層3の中心から段差部までの距離l1は、電荷蓄積層3の中心からエッジまでの距離l2より大きいことが望ましい。
【0036】
続いて、図4(a)に示すように、全面に窒化シリコンからなるコンタクトバリア膜9を形成し、その上にBPSG膜からなる層間絶縁膜10を形成し、CMP等によって平坦化する。
【0037】
次に、図4(b)に示すように、リソグラフィ工程およびエッチング工程によりコンタクトホールを開口した後、例えば低抵抗ポリシリコンからなるコンタクト材を埋め込み、平坦化して、ビット線コンタクトプラグ11および共通ソース線コンタクトプラグ12を形成する。
【0038】
この後、層間絶縁膜、ビット線、共通ソース線の形成を行うことにより、図1(b)に示したような構造を有するメモリセルアレイ領域が形成される。なお、上記コンタクト材は、タングステンなどの金属を用いてもよい。
【0039】
その後、一般的に知られた方法により、図5に示すように、上層の配線層、保護膜を形成することにより、NAND型不揮発性メモリのメモリセルアレイ領域および周辺回路領域が完成する。
【0040】
上記のように製造された本例のNAND型の不揮発性メモリによれば、選択ゲートトランジスタのメモリセルユニット側のn型拡散層7aの表面は、チャネル部とトンネル絶縁膜2の界面に対して段差が形成されていない。
【0041】
これにより、図7に示した構造のように、選択ゲートトランジスタのn型拡散層107と絶縁膜108の界面が、選択ゲートトランジスタのチャネル部のp型半導体基板101と絶縁膜102の界面の一部に対して段差を有する場合に比べて、n型拡散層7aの深さが浅くなり、ショートチャネル効果による選択ゲートトランジスタ特性の悪化が改善され、選択ゲートトランジスタの微細化が可能になる。
【0042】
また、選択ゲートトランジスタのコンタクトプラグ側のn型拡散層7bとビット線コンタクトプラグ11の界面の一部(中央部)およびn型拡散層7bと共通ソース線コンタクトプラグ12の界面の一部(中央部)がそれぞれ除去されている。これにより、n型拡散層7bとビット線コンタクトプラグ11の界面の一部およびn型拡散層7bと共通ソース線コンタクトプラグ12の界面の一部は、選択ゲートトランジスタのチャネル部のp型半導体基板1と絶縁膜2の界面に対して高さが異なる(第1段差を有する)。ここでは、n型拡散層7bとコンタクトプラグ11および12の界面の一部は、選択ゲートトランジスタのチャネル部のp型半導体基板1とトンネル絶縁膜2の界面よりも位置が低い。
【0043】
この場合、ビット線コンタクトプラグ11あるいは共通ソース線コンタクトプラグ12の両側で対向する一対の選択ゲートトランジスタのゲート電極間の絶縁膜2とシリコン基板1の一部を掘り込むまでエッチングを行うことにより、選択ゲートトランジスタのゲート電極3の側面は垂直になっている。
【0044】
これにより、シリコン基板1の掘り込まれた部分にまで絶縁膜8およびコンタクトバリア膜9を形成することが可能になり、コンタクトプラグ11、12を形成する際に選択ゲートトランジスタのゲート電極3とコンタクトプラグ11、12との間に絶縁膜8およびコンタクトバリア膜9が残っている(形成されている)ので、ゲート電極3とコンタクトプラグ11、12との電気的なショートを防止することが可能になっている。
【0045】
なお、前述した理由により、上記第1段差は、ゲート絶縁膜2の厚さよりも大きく、積層ゲートのエッジより外側にあることが望ましい。
【0046】
なお、メモリセルトランジスタのトンネル絶縁膜2と選択ゲートトランジスタのゲート絶縁膜2は、同時に形成された実質的に同じ絶縁膜であるので、これらの絶縁膜の形成工程を同一にして製造コストを下げることができる。
【0047】
また、ビット線コンタクトプラグおよび共通ソース線コンタクトプラグの少なくとも一方を選択ゲートトランジスタのゲート電極3に自己整合的に形成することにより、選択ゲートトランジスタのゲート電極3と上記コンタクトプラグとがショートするのを防ぎ、かつ、選択ゲートトランジスタおよびメモリセルトランジスタのショートチャネル効果を悪化させず、微細化することができる。
【0048】
<第2の実施形態>
図5(a)および(b)は、本発明の第2の実施の形態として、NAND型の不揮発性メモリにおけるメモリセルアレイ領域のMOSトランジスタおよびその周辺回路が形成される周辺領域のMOSトランジスタ(周辺トランジスタ、例えば書き込み電圧が印加される高耐圧系トランジスタ)の構造を示している。
【0049】
周辺領域は、シリコン基板1中に設けられた素子分離領域15によってメモリセルアレイ領域と電気的に分離されている。そして、シリコン基板1上にゲート絶縁膜16を介して設けられたゲート電極17およびシリコン基板1中に設けられた不純物拡散層18を有するMOSトランジスタが形成されている。
【0050】
このMOSトランジスタの不純物拡散層18とコンタクトプラグ19の界面は、チャネル部の半導体基板1とゲート絶縁膜16の界面に対して第2段差を有する。この第2段差は、メモリセルアレイ領域における不純物拡散層7bとコンタクトプラグ11の界面がチャネル部の半導体基板1とゲート絶縁膜2の界面に対して有する第1段差とほぼ同じ高さである。そして、MOSトランジスタのソース、ドレイン領域18にはそれぞれ対応してコンタクトプラグ19がコンタクトされ、一方のコンタクトプラグ19には金属配線層20が電気的に接続され、他方のコンタクトプラグ19には金属配線層20を介して金属配線層22が電気的に接続されている。さらに、一般的に知られた方法により、上層の配線層、保護膜を形成し、NAND型不揮発性メモリが完成する。
【0051】
尚、本例では、周辺回路を構成するMOSトランジスタのゲート電極が、メモリセルアレイ領域内の選択ゲートトランジスタと同様の積層ゲート構造となっているが、図示しない領域においてゲート電極にコンタクトがとられており、信号が印加されることにより通常のMOSトランジスタとして動作する。
【0052】
また、本例では、前述した第1の実施形態と同様にメモリセルアレイ領域を形成する際、同時に周辺トランジスタも形成している。即ち、図2(b)を参照して前述したリソグラフィ工程を行う際、メモリセルアレイ領域内の対向する選択ゲートトランジスタのゲート電極間および周辺トランジスタのゲート電極の側方に対して、ゲート絶縁膜とシリコン基板の一部を除去するまで異方性エッチングを行うことにより、図5に示した構造を得ることができる。
【0053】
本例で示した周辺トランジスタの不純物拡散層18に形成された段差は、メモリセルアレイ領域における不純物拡散層7bに形成された段差と同じ高さであるので、メモリセルアレイ領域のコンタクトプラグ11および12と、周辺領域のコンタクトプラグ19に関して、コンタクトホールの開口工程とコンタクトプラグの形成工程を同時に行うことができるようになる。その結果、製造工程を増加させることなく周辺トランジスタも形成することができ、製造コストを下げることが可能になる。
【0054】
なお、このように形成された周辺トランジスタは、不純物拡散層18の表面がエッチングされているので特性が若干低下するおそれはあるが、周辺トランジスタのコンタクトプラグ19を選択ゲートトランジスタのコンタクトプラグ11、12と同様に例えば低抵抗ポリシリコンで形成しても、周辺トランジスタが例えば書き込み電圧が印加される高耐圧系トランジスタである場合にはコンタクトプラグ19は主として電圧を伝える役割を果たせばよいので、特に支障はない。
【0055】
即ち、上記したようなNAND型の不揮発性半導体メモリの製造方法によれば、周辺トランジスタのドレイン領域、ソース領域上のコンタクト孔の開口を、選択ゲートトランジスタのコンタクトホールの開口と同じ工程で行うことができ、製造コストを下げることができる。この場合、選択ゲートトランジスタのビット線コンタクトプラグおよび共通ソース線コンタクトプラグと、周辺トランジスタのドレイン領域、ソース領域のコンタクトプラグを同じ工程で形成することができ、製造コストを下げることができる。
【0056】
なお、上記各実施形態ではNAND型の不揮発性メモリを例にとって説明したが、本発明は上記例に限定されるものではなく、その他のAND型の不揮発性メモリなどのように、不揮発性のメモリセルトランジスタと選択ゲートトランジスタを有する半導体メモリやメモリ混載デバイスなどに適用できる。
【0057】
【発明の効果】
上述したように本発明の半導体集積回路によれば、不揮発性のメモリセルトランジスタおよび選択ゲートトランジスタの特性がショートチャネル効果により悪化したり、選択ゲートトランジスタのゲート電極に対して自己整合的に形成されたコンタクトプラグと選択ゲートトランジスタのゲート電極がショートすることを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施の形態のNAND型不揮発性メモリにおけるメモリセルアレイの一部を示す平面図および断面図。
【図2】第1の実施の形態のNAND型不揮発性メモリの製造工程を示す断面図。
【図3】図2中のNAND型不揮発性メモリを拡大して示す断面図。
【図4】第1の実施の形態のNAND型不揮発性メモリの製造工程を示す断面図。
【図5】第2の実施の形態のNAND型不揮発性メモリにおけるメモリセルアレイ領域と周辺領域を示す断面図。
【図6】従来のNAND型不揮発性メモリにおけるメモリセルアレイの構成を示す平面図および断面図。
【図7】現在提案中のNAND型不揮発性メモリにおけるメモリセルアレイの構成を示す断面図。
【符号の説明】
1…p型シリコン半導体基板(あるいはp型ウェル)、
2…トンネル絶縁膜、
3…電荷蓄積層、
4…ゲート間絶縁膜、
5…制御ゲート、
6…ゲートキャップ膜、
7a、7b…n型拡散層、
8…絶縁膜、
9…コンタクトバリア膜、
10…層間絶縁膜、
11…ビット線コンタクトプラグ、
12…共通ソース線コンタクトプラグ、
13…ビット線、
14…共通ソース線、
15…素子分離領域。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a semiconductor integrated circuit device, and more particularly to a structure of a contact portion on one end side of a select gate transistor in a semiconductor integrated circuit device having a nonvolatile memory cell transistor and an array of select gate transistors. It is used for a semiconductor memory having an array of non-volatile semiconductor storage elements, a memory embedded device, and the like.
[0002]
[Prior art]
FIG. 6A is a plan view showing a configuration of a memory cell array in a conventional NAND type nonvolatile semiconductor memory. FIG. 6B is a cross-sectional view along the line BB in FIG.
[0003]
6A and 6B, a shallow trench-type element isolation region (STI) is selectively formed in a p-type silicon substrate (or a p-type well) 101, and is formed on the element-isolated substrate. A thin gate insulating film (tunnel insulating film) 102 through which a tunnel current can flow is formed on the entire channel region of the (element region).
[0004]
On the tunnel
[0005]
On the surface portions on both sides of the surface portion (channel portion) of the p-
[0006]
An
[0007]
A plurality of transistors having a stacked gate, a channel portion, a source region, and a drain region as described above are arranged in series so that adjacent ones share the n-
[0008]
Here, the transistors at both ends adjacent to the
[0009]
A plurality of memory cell units each including a plurality of memory cell transistors as described above and a plurality of select gate transistors are formed to form a memory cell array. In this case, the common source
[0010]
However, as shown in FIG. 6B, when the bit
[0011]
In order to solve this problem, it is effective to optimize the conditions of the anisotropic etching of the gate electrode and process the
[0012]
A structure that improves the above problem and further improves the reliability of the memory cell is proposed in Japanese Patent Application No. 2001-352020 filed by the present applicant.
[0013]
FIG. 7 shows an example of the structure according to the above proposal.
[0014]
In this structure, as compared with the structure shown in FIG. 6B, when etching the gate electrode, etching is performed sufficiently until the gate
[0015]
However, in the structure shown in FIG. 7, since the source region and the drain region are deeper in each of the select gate transistor and the memory cell transistor, the transistor characteristics are deteriorated by the short channel effect, and the miniaturization of the select gate transistor and the memory cell transistor is required. There was a problem that it was difficult.
[0016]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, in the conventional nonvolatile semiconductor memory, in the array of the nonvolatile memory cell transistor and the select gate transistor, the gate electrode of the select gate transistor and the bit line contact plug or the gate electrode and the common source line contact plug There was a problem that a short circuit was likely to occur between them.
[0017]
Further, the structure in which the position of the silicon substrate between the gate electrodes is lower than the channel region has a problem that transistor characteristics deteriorate due to a short channel effect, and it is difficult to miniaturize the select gate transistor and the memory cell transistor.
[0018]
The present invention has been made to solve the above problems, and the characteristics of the nonvolatile memory cell transistor and the select gate transistor are deteriorated by the short channel effect, or the characteristics of the nonvolatile memory cell transistor and the select gate transistor are self-aligned to the select gate transistor gate electrode. It is an object of the present invention to provide a semiconductor integrated circuit device capable of preventing a short circuit between a formed contact plug and a gate electrode of a select gate transistor.
[0019]
[Means for Solving the Problems]
According to the semiconductor integrated circuit device of the present invention, the second conductivity type is opposite to the first conductivity type and is separated from each other at a surface portion of the first semiconductor region of the first conductivity type formed on the semiconductor substrate. A charge storage layer and a control gate layer are stacked on the first semiconductor region between the second semiconductor regions via a first gate insulating film, and a second semiconductor region is formed on the second semiconductor region. A memory cell unit including at least one memory cell transistor on which a first insulating film is formed; and a second conductive layer separated from a second conductive layer on a surface portion of a first conductive type third semiconductor region formed on the semiconductor substrate. A fourth semiconductor region and a fifth semiconductor region are formed, a first gate electrode is formed on the third semiconductor region via a second gate insulating film, and a second insulating film is formed on the fourth semiconductor region. Formed in the fourth The conductor region includes a selection gate transistor connected to one of the second semiconductor regions of the memory cell unit, a first contact plug formed on a fifth semiconductor region of the selection gate transistor, the memory cell unit and the selection gate transistor. A memory cell array in which a plurality of gate transistors are formed, and a bit line or a source line is electrically connected to the first contact plug; a fourth semiconductor region of the select gate transistor and a second insulating film Is located such that there is no step with respect to the interface between the third semiconductor region and the second gate insulating film, and part of the interface between the fifth semiconductor region of the select gate transistor and the first contact plug is the third contact region. It is characterized by being located low so as to have a first step with respect to the interface between the semiconductor region and the second gate insulating film. That.
[0020]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0021]
<First embodiment>
FIG. 1A is a plan view showing a part of a memory cell array in the NAND nonvolatile semiconductor memory according to the first embodiment. FIG. 1B is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG.
[0022]
1A and 1B, a p-type silicon substrate (or p-type well) 1 has an element isolation region (STI) in which an insulating material (eg, silicon dioxide material) is embedded in a shallow trench. Are selectively formed. A thin gate insulating film (tunnel insulating film) 2 through which a tunnel current can flow is formed on the entire surface of the channel region on the substrate (device region) thus separated from the device.
[0023]
On the
[0024]
On the surface portions on both sides of the surface portion (channel portion) of the p-
[0025]
An insulating film 8 (for example, a silicon dioxide film formed by thermal oxidation) and a contact barrier film (for example, silicon nitride) 9 are formed so as to cover the stacked gates and between the stacked gates, and an interlayer insulating film (for example, BPSG) is formed thereon. A
[0026]
A plurality of transistors having the above-described stacked gate, channel portion, source region and drain region are arranged in series so that adjacent ones share the n-
[0027]
Here, the transistors at both ends adjacent to the contact plugs 11 and 12 operate as selection gate transistors in which the
[0028]
A plurality of memory cell units each including a plurality of memory cell transistors as described above and a plurality of select gate transistors are formed to form a memory cell array. In this case, the common source
[0029]
Next, an example of a method for manufacturing the NAND nonvolatile semiconductor memory of FIG. 1 will be described with reference to FIGS.
[0030]
First, as shown in FIG. 2A, after selectively forming an element isolation region in a p-type silicon substrate (or p-type well) 1, a gate insulating film (tunnel insulating film) is formed over the entire channel region of the element region. 2, and a stacked gate of the
[0031]
Next, as shown in FIG. 2B, a resist 2r is applied, an opening is formed between the gate electrodes of adjacent (opposing) select gate transistors by lithography, and anisotropic etching is performed. At this time, the side surface of the gate electrode of the select gate transistor becomes vertical by performing sufficient etching until the
[0032]
Next, as shown in FIG. 2C, after a
[0033]
Through the above steps, a part of the interface between the n-
[0034]
Here, in order to make the side surface of the gate electrode of the select gate transistor vertical, it is desirable that the depth d1 of the step is larger than the thickness d2 of the
[0035]
Further, when the step is formed under the
[0036]
Subsequently, as shown in FIG. 4A, a
[0037]
Next, as shown in FIG. 4B, after a contact hole is opened by a lithography process and an etching process, a contact material made of, for example, low-resistance polysilicon is buried and flattened, and a bit
[0038]
Thereafter, by forming an interlayer insulating film, bit lines, and common source lines, a memory cell array region having a structure as shown in FIG. 1B is formed. Note that a metal such as tungsten may be used for the contact material.
[0039]
Thereafter, as shown in FIG. 5, an upper wiring layer and a protective film are formed by a generally known method, thereby completing a memory cell array region and a peripheral circuit region of the NAND nonvolatile memory.
[0040]
According to the NAND-type nonvolatile memory of the present example manufactured as described above, the surface of the n-
[0041]
As a result, as in the structure shown in FIG. 7, the interface between the n-
[0042]
Further, a part (central part) of the interface between the n-
[0043]
In this case, etching is performed until the insulating
[0044]
As a result, the insulating
[0045]
For the above-mentioned reason, it is desirable that the first step is larger than the thickness of the
[0046]
Note that the
[0047]
Further, by forming at least one of the bit line contact plug and the common source line contact plug in a self-aligned manner with the
[0048]
<Second embodiment>
FIGS. 5A and 5B show, as a second embodiment of the present invention, a MOS transistor in a memory cell array region and a MOS transistor in a peripheral region where a peripheral circuit thereof is formed (periphery) in a NAND nonvolatile memory. 2 shows a structure of a transistor, for example, a high breakdown voltage transistor to which a write voltage is applied.
[0049]
The peripheral region is electrically separated from the memory cell array region by an
[0050]
The interface between the
[0051]
In this example, the gate electrode of the MOS transistor constituting the peripheral circuit has the same laminated gate structure as the select gate transistor in the memory cell array region, but the gate electrode is contacted in a region not shown. When the signal is applied, the transistor operates as a normal MOS transistor.
[0052]
In this example, when forming the memory cell array region as in the first embodiment, peripheral transistors are formed at the same time. That is, when the lithography step described above with reference to FIG. 2B is performed, a gate insulating film is formed between the gate electrodes of the opposing select gate transistors in the memory cell array region and on the sides of the gate electrodes of the peripheral transistors. By performing anisotropic etching until a part of the silicon substrate is removed, the structure shown in FIG. 5 can be obtained.
[0053]
Since the step formed in the
[0054]
The characteristics of the peripheral transistor thus formed may be slightly reduced because the surface of the
[0055]
That is, according to the above-described method for manufacturing a NAND nonvolatile semiconductor memory, the opening of the contact hole on the drain region and the source region of the peripheral transistor is performed in the same step as the opening of the contact hole of the select gate transistor. And the manufacturing cost can be reduced. In this case, the bit line contact plug and the common source line contact plug of the select gate transistor and the contact plugs of the drain region and the source region of the peripheral transistor can be formed in the same step, and the manufacturing cost can be reduced.
[0056]
In each of the above embodiments, a NAND nonvolatile memory has been described as an example. However, the present invention is not limited to the above example, and a nonvolatile memory such as another AND nonvolatile memory may be used. The present invention can be applied to a semiconductor memory having a cell transistor and a select gate transistor, a memory embedded device, or the like.
[0057]
【The invention's effect】
As described above, according to the semiconductor integrated circuit of the present invention, the characteristics of the nonvolatile memory cell transistor and the select gate transistor are deteriorated due to the short channel effect, or are formed in a self-aligned manner with respect to the gate electrode of the select gate transistor. Short-circuit between the contact plug and the gate electrode of the select gate transistor can be prevented.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a plan view and a cross-sectional view illustrating a part of a memory cell array in a NAND nonvolatile memory according to a first embodiment.
FIG. 2 is an exemplary sectional view showing a manufacturing step of the NAND-type nonvolatile memory according to the first embodiment;
FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view showing a NAND nonvolatile memory in FIG. 2;
FIG. 4 is a sectional view showing the manufacturing process of the NAND-type nonvolatile memory according to the first embodiment;
FIG. 5 is a sectional view showing a memory cell array region and a peripheral region in a NAND nonvolatile memory according to a second embodiment;
FIG. 6 is a plan view and a cross-sectional view showing a configuration of a memory cell array in a conventional NAND type nonvolatile memory.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing a configuration of a memory cell array in a currently proposed NAND type nonvolatile memory.
[Explanation of symbols]
1 .... p-type silicon semiconductor substrate (or p-type well),
2 ... Tunnel insulating film,
3 ... Charge storage layer,
4: Inter-gate insulating film,
5 ... control gate,
6 ... gate cap film
7a, 7b... N-type diffusion layers,
8. Insulating film,
9 ... contact barrier film,
10 ... interlayer insulating film,
11 ... bit line contact plug,
12 ... Common source line contact plug,
13 ... bit line,
14 ... common source line,
15 ... element isolation region.
Claims (9)
前記半導体基板上に形成された第1導電型の第3半導体領域の表層部で互いに離間して前記第2導電型の第4半導体領域および第5半導体領域が形成され、前記第3半導体領域上に第2ゲート絶縁膜を介して第1ゲート電極が形成され、前記第4半導体領域上に第2絶縁膜が形成され、前記第4半導体領域は前記メモリセルユニットの第2半導体領域の1つに接続された選択ゲートトランジスタと、
前記選択ゲートトランジスタの第5半導体領域上に形成された第1コンタクトプラグと、
前記メモリセルユニットおよび選択ゲートトランジスタがそれぞれ複数個形成されてなり、前記第1コンタクトプラグにビット線またはソース線が電気的に接続されたメモリセルアレイ
とを具備し、
前記選択ゲートトランジスタの第4半導体領域と第2絶縁膜の界面は前記第3半導体領域と第2ゲート絶縁膜の界面に対して段差がないように位置し、
前記選択ゲートトランジスタの第5半導体領域と第1コンタクトプラグの界面の一部は前記第3半導体領域と第2ゲート絶縁膜の界面に対して第1段差を有するように低く位置していることを特徴とする半導体集積回路装置。A second conductivity type second semiconductor region having a conductivity type opposite to the first conductivity type formed apart from each other at a surface portion of the first conductivity type first semiconductor region formed on the semiconductor substrate; At least a charge storage layer and a control gate layer are stacked on the first semiconductor region between the second semiconductor regions via a first gate insulating film, and a first insulating film is formed on the second semiconductor region. A memory cell unit including one memory cell transistor;
A fourth semiconductor region and a fifth semiconductor region of the second conductivity type are formed apart from each other at a surface portion of the third semiconductor region of the first conductivity type formed on the semiconductor substrate, and are formed on the third semiconductor region. Forming a first gate electrode with a second gate insulating film interposed therebetween, forming a second insulating film on the fourth semiconductor region, wherein the fourth semiconductor region is one of the second semiconductor regions of the memory cell unit. A select gate transistor connected to
A first contact plug formed on a fifth semiconductor region of the select gate transistor;
A memory cell array in which a plurality of the memory cell units and a plurality of select gate transistors are formed, and a bit line or a source line is electrically connected to the first contact plug;
An interface between the fourth semiconductor region and the second insulating film of the select gate transistor is positioned so as to have no step with respect to an interface between the third semiconductor region and the second gate insulating film;
A part of the interface between the fifth semiconductor region and the first contact plug of the select gate transistor is located lower than the interface between the third semiconductor region and the second gate insulating film so as to have a first step. A semiconductor integrated circuit device characterized by the following.
前記周辺回路トランジスタの第7半導体領域上に形成された第2コンタクトプラグ
とをさらに具備し、
前記周辺回路トランジスタの第7半導体領域と第2コンタクトプラグの界面の一部は前記第6半導体領域と第3ゲート絶縁膜の界面に対して前記第1段差と同等の高さの第2段差を有するように低く位置している
ことを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1つに記載の半導体集積回路装置。A second conductive type seventh semiconductor region is formed at a surface layer of the first conductive type sixth semiconductor region formed on the semiconductor substrate and is spaced apart from each other, and the sixth semiconductor region between the seventh semiconductor regions is formed. A peripheral circuit transistor having a second gate electrode formed on the region via a third gate insulating film, and a third insulating film formed on the seventh semiconductor region;
A second contact plug formed on a seventh semiconductor region of the peripheral circuit transistor,
Part of the interface between the seventh semiconductor region and the second contact plug of the peripheral circuit transistor has a second step having the same height as the first step with respect to the interface between the sixth semiconductor region and the third gate insulating film. The semiconductor integrated circuit device according to any one of claims 1 to 6, wherein the semiconductor integrated circuit device is positioned low so as to have.
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