JP2010147241A - 不揮発性半導体記憶装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 浮遊ゲート電極を含んでおり、メモリセルトランジスタの電気的特性劣化を防ぐことができる不揮発性半導体記憶装置を提供する。
【解決手段】 本発明では、半導体基板1上に形成されたトンネル絶縁膜と、トンネル絶縁膜上に形成された第1の浮遊ゲート電極と第1の浮遊ゲート電極上に形成された非縮退状態の半導体からなる第2の浮遊ゲート電極とを有する浮遊ゲート電極と、浮遊ゲート電極上に形成された電極間絶縁膜と、電極間絶縁膜上に形成された制御ゲート電極とを有する不揮発性半導体記憶装置が得られる。
【選択図】 図3

Description

本発明は、不揮発性半導体記憶装置に係わり、特に浮遊ゲート電極を有するメモリセルトランジスタ構造の改良をはかった不揮発性半導体記憶装置に関する。
不揮発性半導体記憶装置の一つとして、浮遊ゲート電極を用いた電気的に書き換え可能な不揮発性半導体メモリがある。この不揮発性半導体メモリの代表的なものとして、データ格納用のデバイスとして需要が増しているNAND型フラッシュメモリが知られている。NAND型フラッシュメモリにおいて、メモリセルトランジスタの高密度化を目的として浮遊ゲート電極の下部の幅が下部以外の部分の幅よりも広いメモリセルトランジスタが開発されている(例えば、特許文献1参照。)。
このようなメモリセルトランジスタでは、浮遊ゲート電極の上端部に最も高い電界が印加され、電極間絶縁膜のリーク電流が増加する。その結果メモリセルトランジスタの書き込み及び消去速度の低下や、蓄積電荷量の変動が生じるという問題があった。この問題は、浮遊ゲート電極の幅を縮小して、メモリセルトランジスタが高密度になるほど顕著になる。
特開2006−93327号公報
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、メモリセルトランジスタを高密度化しても、電極間絶縁膜のリーク電流の抑制が可能な不揮発性半導体記憶装置を提供することを目的としている。
本発明の一態様に係わる不揮発性半導体記憶装置は、半導体基板と、前記半導体基板上に形成されたトンネル絶縁膜と、前記トンネル絶縁膜上に形成された第1の浮遊ゲート電極、及びその第1の浮遊ゲート電極上に形成された非縮退状態の半導体からなる第2の浮遊ゲート電極を有する浮遊ゲート電極と、前記浮遊ゲート電極上に形成された電極間絶縁膜と、前記電極間絶縁膜上に形成された制御ゲート電極とを有していることを特徴とする。
本発明によれば、メモリセルトランジスタを高密度化しても、電極間絶縁膜のリーク電流の抑制が可能な不揮発性半導体記憶装置を提供することができる。
以下、本発明の実施形態に係る不揮発性半導体記憶装置として、電気的に消去可能なNAND型フラッシュメモリを例に図面を参照して説明する。
(第1の実施形態)
図1は、本実施形態に係るNAND型フラッシュメモリの概略構成を模式的に示した平面図である。図2は、図1に示したNAND型フラッシュメモリの等価回路図である。
図1及び図2に示すように、NAND型フラッシュメモリでは、複数のNANDセルユニットU1〜U3(以下、単にセルユニットと称する)が、行方向に互いに間隔を置いて配置されている。各セルユニットU1〜U3は、複数の選択トランジスタS1、S2と複数のメモリセルトランジスタM1〜M8を有し、複数のメモリセルトランジスタM1〜M8は、列方向において、選択トランジスタS1及びS2間に配置されて直列接続されている。
各セルユニットU1〜U3の選択トランジスタS1及びS2は、行方向に設けられた選択ゲート線SG1及びSG2にそれぞれ接続されており、メモリセルトランジスタM1〜M8の各々は行方向に設けられたコントロールゲート線(ワード線とも言う)CG1〜CG8にそれぞれ接続されている。また、各セルユニットU1〜U3の選択トランジスタS1の各々は、ビット線BL1〜BL3にそれぞれ接続されており、選択トランジスタS2の各々は、Vss電源電圧に接続されている。なお、ここではメモリセルトランジスタが8個の場合について示したが、メモリセルトランジスタの数は8個に限定されるものではない。また、セルユニットも3個の場合について示したが、3個に限定されるものではない。
図3は、本発明の第1の実施形態におけるメモリセルトランジスタの構造を示す断面図である。図3は図1のA1−A2線に沿う断面図であり、ワード線方向(チャネル幅方向)の断面を示している。
図3に示すように、メモリセルトランジスタM1〜M8の各々は、半導体基板1と、この半導体基板1上にトンネル絶縁膜2を介して設けられた浮遊ゲート電極3と、この浮遊ゲート電極3上に設けられた電極間絶縁膜5と、電極間絶縁膜5上に形成された制御ゲート電極6と、浮遊ゲート電極3の間に形成された素子分離絶縁膜4を有している。
そして、半導体基板1は、例えばシリコン結晶などからなる。トンネル絶縁膜2は例えばシリコン酸化膜やシリコン酸窒化膜などからなり、典型的には5〜10nmの厚さに形成されている。
浮遊ゲート電極3は、トンネル絶縁膜2を介して半導体基板1上に所定間隔を置いて配置されている。この浮遊ゲート電極3は、第1の浮遊ゲート電極3aと、この第1の浮遊ゲート電極3a上に積層された第2の浮遊ゲート電極3bとを有する。
また、第1の浮遊ゲート電極3aは、例えば、リンなどの導電型不純物を1E20atoms/cm3以上の濃度で添加した多結晶シリコン膜からなり、第2の浮遊ゲート電極3bは、例えば、リンなどの導電型不純物を3E19atoms/cm3以下の濃度で添加した多結晶シリコン膜からなり、いわゆる非縮退状態の半導体となっている。
ここで、非縮退状態とは、半導体の禁制帯内にフェルミ準位が位置する状態のことを指す。具体的には、シリコンからなる第2の浮遊ゲート電極3bの場合、第2の浮遊ゲート電極3b中のn導電型不純物濃度が3E19atoms/cm3以下ならば、通常のメモリセルトランジスタの動作温度において非縮退状態となる。また、同様に、シリコンからなる第2の浮遊ゲート電極3b中のp導電型不純物濃度が1E19atoms/cm3以下ならば、通常のメモリセルトランジスタの動作温度において非縮退状態となる。
第2の浮遊ゲート電極3bが非縮退状態となっていると、メモリセルトランジスタの書き込み、消去、読み込み及び電荷保持の時のように、浮遊ゲート電極3と制御ゲート電極6との間に電界が生じた場合に、第2の浮遊ゲート電極3bで電位降下が起こる。つまり、電極間絶縁膜5にかかる電圧が第2の浮遊ゲート電極3bにおけるビルトインポテンシャル分、下がる。n型半導体の場合の電位降下の量をΔVn、p型半導体の場合の電位降下の量をΔVpとすると、それぞれの理想値は以下のような式で表すことができる。
ΔVn=k × T / q ×ln(Nc /Nd)・・・(1)
ΔVp=k × T / q ×ln(Nv /Na)・・・(2)
ここでkはボルツマン定数、Tは温度、qは電子の電荷量、Ncは伝導帯の有効状態密度、Ndはドナー濃度、Nvは荷電子帯の有効状態密度、Naはアクセプタ濃度である。
k及びqは定数であり、Tはメモリセルトランジスタの動作温度であり、Nc及びNvは浮遊ゲート電極3の材料(例えばシリコン)により決まる。また、第2の浮遊ゲート電極3bにn導電型不純物が添加されている場合、n導電型不純物濃度が低くなるとNdが小さくなるため、上記式(1)よりΔVnが大きくなる。同様にして、第2の浮遊ゲート電極3bに、p導電型不純物が添加されている場合、p導電型不純物濃度が低くなるとNaは大きくなるため、上記式(2)よりΔVpが大きくなる。
例えば、シリコンからなる第2の浮遊ゲート電極3bに、導電型不純物としてリンを添加し、n型半導体とした場合のT=300KにおけるΔVnは、上記式(1)より、図4のように表すことができる。リン濃度が3E19atoms/cm3以下になるとΔVnが0より大きくなる、つまり電位降下が生じることが分かる。その電位降下により、第2の浮遊ゲート電極3bに接する部分の電極間絶縁膜5の電界が緩和される。一般に、浮遊ゲート電極3の上端部は、特に電界が高いため、図3に矢印で示したような電極間絶縁膜5のリーク電流が流れるが、本実施例のように、第2の浮遊ゲート電極3bを非縮退状態の半導体にすることにより、この電極間絶縁膜5のリーク電流を抑制できる。
なお、第1の浮遊ゲート電極3aは導電体ならば他の材料でも良く、金属膜や金属シリケート膜などでも良い。また、第2の浮遊ゲート電極3bは、導電型不純物が添加されていないアンドープの多結晶シリコン膜でも良い。
素子分離絶縁膜4は、例えばシリコン酸化膜などからなり、浮遊ゲート電極3の両側、すなわち浮遊ゲート電極3の間に形成され、下端部が半導体基板1内に埋め込まれ、上端部が半導体基板1の上面と第1の浮遊ゲート電極3aの上面との間に位置するように突出されている。ここでは、素子分離絶縁膜4の幅は、典型的には50nm以下で、半導体基板1中に埋め込まれた素子分離絶縁膜の深さは、典型的には100〜300nmである。
電極間絶縁膜5は、例えばシリコン酸化膜/シリコン窒化膜/シリコン酸化膜の積層構造からなり、典型的には10〜20nmの厚さに形成されている。そして、電極間絶縁膜5は、浮遊ゲート電極3の上面及び側面と素子分離絶縁膜4の上面を連続して覆うように形成されている。
制御ゲート電極6は、例えばリンなどの導電型不純物を1E20cm−3以上の濃度で添加した多結晶シリコン膜からなる。そして、電極間絶縁膜5を介して浮遊ゲート電極3の上面及び側面を覆うように形成されている。
なお、制御ゲート電極6は導電体ならば他の材料でも良く、金属膜や金属シリケート膜などでも良いし、これらの積層構造でも良い。
また、本実施形態では、第1の浮遊ゲート電極3aの厚さ、第2の浮遊ゲート電極3bの厚さ、及び浮遊ゲート電極3の幅を調整して、第1の浮遊ゲート電極3aと制御ゲート電極6との間の電気容量が第2の浮遊ゲート電極3bと制御ゲート電極6との間の電気容量よりも大きくなるように設定している。つまり、第1の浮遊ゲート電極3aが制御ゲート電極6と対向している面積が、第2の浮遊ゲート電極3bが制御ゲート電極6と対向している面積よりも大きくなるように、第1の浮遊ゲート電極3a及び第2の浮遊ゲート電極3bの厚さ、さらに浮遊ゲート電極3の幅を設定している。
ここでは、浮遊ゲート電極3の下部領域の幅(チャネル幅)を典型的には50nm以下、第1の浮遊ゲート電極3aの上部領域の幅、および第2の浮遊ゲート電極3bの幅を典型的には40nm以下にし、また、浮遊ゲート電極3の厚さを典型的には50〜200nm、第1の浮遊ゲート電極3aの厚さを典型的には40〜190nm、第2の浮遊ゲート電極3bの厚さを、典型的には10nm以下にしている。これにより、第1の浮遊ゲート電極3aの下部の幅を、それ以外の部分の幅よりも広い構造とし、第1の浮遊ゲート電極3aの厚みを、第2の浮遊ゲート電極3bの厚みに比べて大きくして、第1の浮遊ゲート電極3aが制御ゲート電極6と対向している面積を、第2の浮遊ゲート電極3bが制御ゲート電極6と対向している面積よりも大きくしている。
そのため、第2の浮遊ゲート電極3bに接した部分の電極間絶縁膜5にかかる電界の低下に伴い、第2の浮遊ゲート電極3bと制御ゲート電極6との間の電気容量が減少して、メモリセルトランジスタの書き込み及び消去速度が低下するのを防止できる。
なお、この第1の浮遊ゲート電極3aの厚さ、第2の浮遊ゲート電極3bの厚さ、及び浮遊ゲート電極3の幅の調整は、第2の浮遊ゲート電極3b中の導電型不純物濃度の影響は受けないため、独立して決めることができる。
次に図5(a)乃至図5(d)を用いて、本実施形態のメモリセルトランジスタの製造方法を説明する。図5は図1のA1−A2線に沿う断面図である。
図5(a)に示すように、所望の導電型不純物がドーピングされた半導体基板1上に、厚さ10nm程度のトンネル絶縁膜2を熱酸化法で形成する。次に、トンネル絶縁膜2上に、第1の浮遊ゲート電極3aとなるリンを含む厚さ50nm程度の多結晶シリコン膜をSiH4とPH3の混合ガスを用いた減圧CVD(Chemical Vapor Deposition)法で形成する。ここで、第1の浮遊ゲート電極3aのリン濃度は3E20atoms/cm3程度である。
続いて、第1の浮遊ゲート電極3a上に、第2の浮遊ゲート電極3bとなるリンを含む厚さ10nm程度の多結晶シリコン膜をSiH4とPH3の混合ガスを用いた減圧CVD法で堆積する。ここで、第2の浮遊ゲート電極3bのリン濃度は3E19atoms/cm3以下である。この多結晶シリコン膜中のリン濃度は、例えば多結晶シリコン膜成膜時のPH3ガスの流量を変化させるなどの方法で調整可能である。
その後、第2の浮遊ゲート電極3b上に、CMP(Chemical Mechanical Polish)のストッパー膜8となるシリコン酸化膜を減圧CVD法で堆積した後、レジストマスク(図示せず)を用いたRIE(Reactive Ion Etching)法により、ストッパー膜8を幅50nm程度、間隔50nm程度の繰り返しパターンに加工する。
次に図5(b)に示すように、ストッパー膜8をマスクに、RIE法を用いて、第2の浮遊ゲート電極3b、第1の浮遊ゲート電極3a、トンネル絶縁膜2、及び半導体基板1を順次エッチングして、第1の浮遊ゲート電極3aと第2の浮遊ゲート電極3bの積層構造の浮遊ゲート電極3を形成すると共に、浮遊ゲート電極3の両側に、深さ200nm程度の素子分離溝を形成する。次に、全面に厚さ300nmの素子分離用のシリコン酸化膜をプラズマCVD法で堆積して素子分離溝に埋め込んだ後、ストッパー膜8が露出するまで、CMP法でシリコン酸化膜を除去して表面を平坦化し、素子分離絶縁膜4とする。
次に、図5(c)に示すように、露出したストッパー膜8を化学薬液でエッチング除去した後、素子分離絶縁膜4の露出表面部分を希フッ酸溶液でエッチング除去して、半導体基板1の上面と第1の浮遊ゲート電極3aの上面との間の位置まで後退させる。
次に、図5(d)に示すように、シリコン層を選択的にエッチング除去できるハロゲン系のエッチングガスを用いたRIE法によって、第1及び第2の浮遊ゲート電極3a、3bの素子分離絶縁膜4と接触していない露出表面部を5nm程度後退させる。これにより、素子分離絶縁膜4と接していない浮遊ゲート電極3の側面がエッチングされ後退し、第1の浮遊ゲート電極3aの素子分離絶縁膜4と接触している下部の幅が、素子分離絶縁膜4と接触していない下部以外の浮遊ゲート電極3の部分の幅よりも広い構造となる。
次に、厚さ15nm程度のシリコン酸化膜/シリコン窒化膜/シリコン酸化膜の積層構造からなる電極間絶縁膜5を減圧CVD法で堆積し、電極間絶縁膜5により、素子分離絶縁膜4の上面、及び素子分離絶縁膜4と接触していない浮遊ゲート電極3の表面部分を連続して被覆する。続いて、制御ゲート電極6となる厚さ100nmのリンドープの多結晶シリコン膜を減圧CVD法で、浮遊ゲート電極3上、及び隣接する浮遊ゲート電極3間の電極間絶縁膜5上に堆積する。これにより、図3に示すようなNAND型フラッシュメモリのメモリセルトランジスタを完成する。
本実施形態によれば、第2の浮遊ゲート電極3bは、n導電型不純物であるリンが3E19atoms/cm3以下の濃度に設けられ、いわゆる非縮退状態の半導体として機能する。したがって、メモリセルトランジスタの書き込み、消去、読み込み及び電荷保持の時、浮遊ゲート電極3と制御ゲート電極6との間に電界が生じた場合に、浮遊ゲート電極3の上端部における電極間絶縁膜5のリーク電流増大を抑制でき、メモリセルトランジスタの電気的特性劣化を防ぐことができる。
また、第1の浮遊ゲート電極3aの下部の幅を、それ以外の部分の幅よりも広い構造とし、第1の浮遊ゲート電極3aの厚みを、第2の浮遊ゲート電極3bの厚みに比べて大きくして、第1の浮遊ゲート電極3aが制御ゲート電極6と対向している面積を、第2の浮遊ゲート電極3bが制御ゲート電極6と対向している面積よりも大きくしている。したがって、第2の浮遊ゲート電極3bに接した部分の電極間絶縁膜5にかかる電界の低下に伴い、第2の浮遊ゲート電極3bと制御ゲート電極6との間の電気容量が減少して、メモリセルトランジスタの書き込み及び消去動作速度が低下するのを防止できる。
なお、上述した実施形態では、第1の浮遊ゲート電極3aの上に、直接、第2の浮遊ゲート電極3bを形成しているが、図6に示すように、第1の浮遊ゲート電極3aと第2の浮遊ゲート電極3bの間に、シリコン窒化膜などの拡散バリヤ膜7を設けても良い。上記のように、第1の浮遊ゲート電極3aと第2の浮遊ゲート電極3bの間に、シリコン窒化膜等の拡散バリヤ膜7を設けることで第1の浮遊ゲート電極3a中の導電型不純物が第2の浮遊ゲート電極3bに拡散するのを抑制できるため、第2の浮遊ゲート電極3bの厚さを薄くすることができる。よって、隣接セル間の寄生容量が低減されて、いわゆる隣接セル間干渉が抑制され、メモリセルトランジスタの書き込み及び消去動作の高速化が可能となる。
なお、拡散バリヤ膜7は例えば厚さ1nmのシリコン窒化膜をラジカル窒化法で形成することができる。また、拡散バリヤ膜7は、シリコン窒化膜に限らず、シリコン酸窒化膜やシリコン酸化膜でも良い。ただし、シリコン窒化膜、シリコン酸窒化膜は、窒素含有量が多いほど拡散防止能力が高いので、できるだけ多くの窒素を含有することが望ましい。
またさらに、拡散バリヤ膜7の形成方法は、ラジカル酸窒化法、ラジカル酸化法、熱窒化法、熱酸窒化法、熱酸化法などでも良いし、過酸化水素水やオゾン水などの化学薬液を用いた方法でも良い。酸素ラジカルや窒素ラジカルを用いたラジカル酸窒化法やラジカル酸化法は、比較的低温で高密度の拡散バリヤ膜7が形成できるので望ましい。また、拡散バリヤ膜7の厚さは1原子層以上あればある程度の拡散防止効果を有するが、厚い方が拡散防止効果は高くなる。ただし、厚すぎると、浮遊ゲート電極3の加工形状のばらつきが増大するため、2nm以下が望ましい。より好ましくは、1nm以下であり、自然酸化膜でも良い。
また、上記実施形態では、RIE法を用いて浮遊ゲート電極3の下部の幅を、下部以外の浮遊ゲート電極3部分の幅よりも広い構造に形成したが、水酸化カリウム溶液などによる薬液エッチング法を用いることもできる。また、浮遊ゲート電極3の素子分離絶縁膜4と接していない部分を、酸化または窒化によって絶縁膜に変換した後、その絶縁膜を希フッ酸溶液などで除去しても、同様の浮遊ゲート電極形状を形成することができる。
さらに、浮遊ゲート電極3の上方の幅を浮遊ゲート電極3の下方の幅よりも狭い構造とするようなエッチングの工程を省略しても良い。その場合には、図7のようなメモリセルトランジスタが得られる。エッチングの工程を省略することで、工程数を減少することができ、浮遊ゲート電極3の幅のばらつきを小さくすることが可能となる。
(第2の実施形態)
図8(a)及び(b)は、本発明の第2の実施形態によるメモリセルトランジスタの構造を示す断面図である。図8(a)及び(b)は図1のA1−A2線に沿う断面図であり、ワード線方向(チャネル幅方向)の断面を示している。本実施形態は、第1の実施形態とは、浮遊ゲート電極3の上端面、すなわち第2の浮遊ゲート電極3bの上端面が曲面を有している点で異なっている。なお、その他の構成要素については、第1の実施形態と同様であるので、同一符号を付して、説明は省略する。
すなわち、第2の浮遊ゲート電極3bは、図8(a)のように、全体が半円形状でも良く、図8(b)のように、第2の浮遊ゲート電極3bの先端領域だけが曲面を有する形状でも良い。なお、第1の実施形態と同様に、第1の浮遊ゲート電極3aと制御ゲート電極6との対向面積が、第2の浮遊ゲート電極3bと制御ゲート電極6との対向面積よりも大きくなるように、第1の浮遊ゲート電極3a及び第2の浮遊ゲート電極3bの厚さ、浮遊ゲート電極3の幅及び浮遊ゲート電極3の上端面の曲率を調整する。
上記第2の実施形態においては、浮遊ゲート電極3の上端部が曲面を有する形状をしていることで、第1の実施形態の場合と比べて浮遊ゲート電極3の上端部にかかる電界を小さくできる。よって、浮遊ゲート電極3の上端部における電極間絶縁膜5のリーク電流を、第1の実施形態よりもさらに低減することができる。このリーク電流の低減効果は、浮遊ゲート電極3の幅が小さくなるほど、より大きくなる。よって、メモリセルトランジスタの電気的特性劣化を防ぐことができる。
図9(a)及び図9(b)を用いて、本実施形態のメモリセルトランジスタの製造方法を説明する。図9(a)及び図9(b)は図1のA1−A2線に沿う断面図である。図9(a)のように、シリコン酸化膜からなるストッパー膜8を幅50nm程度、間隔50nm程度の繰り返しパターンに加工する工程までは、第1の実施形態と同様である。
次に、図9(b)に示すように、ストッパー膜8をマスクにRIE法を用いて第2の浮遊ゲート電極3b、第1の浮遊ゲート電極3a、及びトンネル絶縁膜2を順次エッチング加工する。このとき、ハロゲン系のエッチングガスにメタンなどの炭素含有ガスを添加して、シリコンに対するシリコン酸化膜のエッチング選択比を低下させる。これによりシリコン酸化膜からなるストッパー膜8はRIE加工中に徐々にエッチングされる。それに伴い、第2の浮遊ゲート電極3bの上端部もエッチングされて、上端部が曲面を有する形状となる。また、このRIE加工中にストッパー膜8は消失する。RIE条件を調整することで、浮遊ゲート電極3の上端面の曲率を変えることができる。
さらに、半導体基板1の露出表面をエッチングして、深さ20nm程度の素子分離溝を形成する。次に、全面に厚さ300nmの素子分離用のシリコン酸化膜をプラズマCVD法で堆積して素子分離溝に埋め込んだ後、CMP法で表面部分のシリコン酸化膜を除去して表面を平坦化し、素子分離絶縁膜4とする。
その後は、図5(c)及び図5(d)に示したような、第1の実施形態と同様の素子分離絶縁膜4の上部を後退される工程、電極間絶縁膜5を形成する工程、及び制御ゲート電極6を形成する工程を経ることにより、図8(a)及び図8(b)のようなNAND型フラッシュメモリのメモリセルトランジスタを完成する。
このとき、第1の浮遊ゲート電極3aと制御ゲート電極6との間の電気容量が、第2の浮遊ゲート電極3bと制御ゲート電極6との間の電気容量よりも大きくなるようにする。つまり、第1の浮遊ゲート電極3aと制御ゲート電極6との対向面積が、第2の浮遊ゲート電極3bと制御ゲート電極6との対向面積よりも大きくなるように、第1の浮遊ゲート電極3a及び第2の浮遊ゲート電極3bの厚さ、浮遊ゲート電極3の幅及び浮遊ゲート電極3の上端面における曲面の曲率を調整する。浮遊ゲート電極3の上端面の曲率は、ストッパー膜8をマスクにした第2の浮遊ゲート電極3b、第1の浮遊ゲート電極3a、及びトンネル絶縁膜2を順次エッチングするときのRIE条件によって調整可能である。つまり、酸化膜のエッチング量が少ないRIE条件にすることで、図8(b)のような、第2の浮遊ゲート電極3bの先端領域の上端面だけが曲面を有するNAND型フラッシュメモリセルトランジスタとすることができる。
上記本実施形態の製造方法によれば、第2の浮遊ゲート電極3bが非縮退状態の半導体として機能し、かつ上端面が曲面を有する浮遊ゲート電極3を形成することができる。さらに、図9(b)に示すようにRIE条件を調整することにより、浮遊ゲート電極3の曲面の曲率を変化させることが可能である。浮遊ゲート電極3の先端領域の上端面のみに曲面を形成する方法は、上記のRIE法に限らず、浮遊ゲート電極の上端部を薬液によりエッチングする方法などでも構わない。
さらに、図10に示すように、第1の浮遊ゲート電極3aと第2の浮遊ゲート電極3bの間に、拡散バリヤ膜7を設けても良い。拡散バリヤ膜7は、第1の実施形態に示したような膜を用いることができる。
また、第1の実施形態に示したように、エッチングにより浮遊ゲート電極3の下部の幅を、下部以外の浮遊ゲート電極3の部分の幅よりも広い構造としても良く、このようなエッチングの工程を省略しても良い。そのエッチングを省略した場合には、浮遊ゲート電極3は、図11に示すように、全体に亘って同じ幅を有する形状となる。このエッチングの工程を省略することで、工程数を減少することができ、浮遊ゲート電極3の幅のばらつきを小さくすることが可能となる。
本発明の実施形態に係るNAND型フラッシュメモリの平面図。 図1の本発明の実施形態に係るNAND型フラッシュメモリの等価回路図。 本発明の第1の実施形態に係るNAND型フラッシュメモリの断面図。 本発明の実施形態に係るNAND型フラッシュメモリの電位降下を示した特性図。 本発明の第1の実施形態に係るNAND型フラッシュメモリの製造方法の一部を示す断面図。 本発明の第1の実施形態に係るNAND型フラッシュメモリの変形例を示す断面図。 本発明の第1の実施形態に係るNAND型フラッシュメモリの変形例を示す断面図。 本発明の第2の実施形態に係るNAND型フラッシュメモリの断面図。 本発明の第2の実施形態に係るNAND型フラッシュメモリの製造方法の一部を示す平面図。 本発明の第2の実施形態に係るNAND型フラッシュメモリの変形例を示す断面図。 本発明の第2の実施形態に係るNAND型フラッシュメモリの変形例を示す断面図。
符号の説明
1・・・ 半導体基板
2・・・ トンネル絶縁膜
3・・・ 浮遊ゲート電極
3a・・・ 第1の浮遊ゲート電極
3b・・・ 第2の浮遊ゲート電極
4・・・ 素子分離絶縁膜
5・・・ 電極間絶縁膜
6・・・ 制御ゲート電極
7・・・ 拡散バリヤ膜
8・・・ ストッパー膜

Claims (6)

  1. 半導体基板と、
    前記半導体基板上に形成されたトンネル絶縁膜と、
    前記トンネル絶縁膜上に形成された第1の浮遊ゲート電極、及びその第1の浮遊ゲート電極上に形成された非縮退状態の半導体からなる第2の浮遊ゲート電極を有する浮遊ゲート電極と、
    前記浮遊ゲート電極上に形成された電極間絶縁膜と、
    前記電極間絶縁膜上に形成された制御ゲート電極と
    を有することを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
  2. 前記第1の浮遊ゲート電極、及び前記第2の浮遊ゲート電極は、同一元素の導電型不純物を含有する半導体からなり、かつ前記第1の浮遊ゲート電極の前記トンネル絶縁膜直上における導電型不純物濃度は、前記第2の浮遊ゲート電極の前記電極間絶縁膜直下における導電型不純物濃度よりも高いことを特徴とする請求項1に記載の不揮発性半導体記憶装置。
  3. 前記第2の浮遊ゲート電極は、3E19atoms/cm3以下のn導電型不純物濃度を有するシリコンからなることを特徴とする請求項2に記載の不揮発性半導体記憶装置。
  4. 前記第2の浮遊ゲート電極のチャネル幅方向の上端部が曲面を有することを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の不揮発性半導体記憶装置。
  5. 前記第1の浮遊ゲート電極と前記第2の浮遊ゲート電極との界面に窒素、及び酸素の少なくとも1つを含む拡散バリヤ膜を、さらに有することを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の不揮発性半導体記憶装置。
  6. 前記浮遊ゲート電極のチャネル幅方向の両側の前記半導体基板に、下部が埋め込まれ、かつ上部が前記第1の浮遊ゲート電極の側面と接触して前記半導体基板上面と前記第1の浮遊ゲート電極の上面との間の位置まで突出された素子分離絶縁膜を、さらに備え、
    前記電極間絶縁膜は、前記浮遊ゲート電極の上面及び側面、並びに前記素子分離絶縁膜の上面を連続して覆い、前記制御ゲート電極と対向する前記第1の浮遊ゲート電極部分の面積が、前記制御ゲート電極と対向する前記第2の浮遊ゲート電極部分の面積よりも大きいことを特徴とする請求項1乃至請求項5のいずれか1項に記載の不揮発性半導体記憶装置。
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