JP2000040754A - フラッシュメモリデバイスの製造方法 - Google Patents
フラッシュメモリデバイスの製造方法Info
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Abstract
と共にフローティングゲートの表面の食刻損傷を防止す
るフラッシュメモリ素子の製造方法を提供する。 【解決手段】 半導体基板51に活性領域を限定する素
子分離膜53を形成する段階と、活性領域上にトンネル
酸化膜55を形成する段階と、トンネル酸化膜形成後に
半導体基板の全面に半導体膜57、保護膜及び第1導電
膜を順次形成する段階と、素子分離膜上の第1導電膜を
食刻してトンネル酸化膜上に第1導電膜パタンを形成す
る段階と、第1導電膜パタンの側壁にスペーサを形成す
る段階と、第1導電膜パタン及びスペーサをマスクとし
て保護膜を食刻し保護膜パタンを形成する段階と、保護
膜パタン間に露出した半導体膜を食刻してトンネル酸化
膜上に半導体膜パタンを形成して素子分離膜を露出し、
かつ保護膜パタンも露出する段階と、保護膜パタンを除
去し、また、半導体膜パタンをドーピングする段階と、
半導体膜パタンをドーピング後に半導体基板の全面に層
間絶縁膜65及び第2導電膜67を順次形成する段階
と、を含むことを特徴とする。
Description
バイスの製造方法に関する。
がなくてもメモリセルの記憶データが消滅しないデバイ
スである。従って、コンピュータのメモリカード等に広
く使われている。フラッシュメモリデバイスには、フロ
ーティングゲートとコントロールゲート電極とが順に積
層された構造のメモリセルが広く用いられている。
図である。
P型のシリコン基板の表面にチャネル領域を介在して隔
離されたソース領域S及びドレイン領域Dが形成され
る。ソース領域S及びドレイン領域Dは半導体基板1と
異なる導電型の不純物でドーピングされた不純物層、即
ちN+型の不純物層で形成される。チャネル領域上には
100Å以下の薄いトンネル酸化膜3、フローティング
ゲートFG、誘電体膜5及びコントロールゲート電極C
Gが順に形成される。
る動作は、ドレイン領域Dに5〜7Vの電圧を印加し、
コントロールゲート電極CGに10〜12Vの電圧を印
加することにより行われる。この際、ソース領域S及び
半導体基板1には0Vを印加する。このように、コント
ロールゲート電極CG、ソース領域S、ドレイン領域D
及び半導体基板1に電圧を印加すると、チャネル領域か
ら発生したホットキャリア、即ちチャネルホットエレク
トロンがトンネル酸化膜3を通過してフローティングゲ
ートFGに注入される。すると、この素子のしきい値電
圧が増加して、データがプログラムされたことになる。
作は、コントロールゲート電極CG及び半導体基板1を
接地させ、ソース領域Sに12〜15Vの高い電圧を印
加することにより行われる。この際、ドレイン領域Dは
フローティングさせる。このようにコントロールゲート
電極CG、ソース領域S、ドレイン領域D及び半導体基
板1に電圧を印加すると、フローティングゲートFGと
ソース領域Sとの電圧差によりフローティングゲートF
G内の電子がトンネル酸化膜3を通過してソース領域に
到達する。これにより、フローティングゲートFG内の
電子が全て除去される。すると、この素子のしきい値電
圧が初期値又はそれ以下になり、データの消去が行われ
たことになる。
する等価回路図である。
極CGとフローティングゲートFG間に絶縁体膜5によ
るキャパシタCipoが、フローティングゲートFGと
半導体基板1間にトンネル酸化膜3によるキャパシタC
chが、フローティングゲートFGとソース領域S間に
トンネル酸化膜3によるキャパシタCsが、フローティ
ングゲートFGとドレイン領域D間にトンネル酸化膜3
によるキャパシタCdが、それぞれ寄生容量として形成
される。ここで、素子をプログラムするためにコントロ
ールゲート電極CG及びドレイン領域Dに電圧VCG、
電圧Vdを印加し、ソース領域S及び半導体基板1に0
Vを印加すると、フローティングゲートFGに誘起され
る電圧VFG1は数式1のようになる。
ch+Cs)]×VCG
ために、ドレイン領域Dをフローティングさせた状態で
コントロールゲート電極CG及び半導体基板1を接地
し、ソース領域Sに電圧Vsを印加すると、フローティ
ングゲートFGに誘起される電圧VFG2は数式2のよ
うになる。
s)]×Vs
oを増加させるほどプログラム効率及び消去効率が増大
することが分かる。
ど、プログラム時のフローティングゲートFGの誘起電
圧VFG1がコントロールゲート電圧VCGに近づき、
消去時のフローティングゲートFGの誘起電圧VFG2
が接地電位に近づくためである。従って、フラッシュメ
モリ素子特性を改善するためには、フローティングゲー
トとコントロールゲート電極との間のキャパシタCip
oを増加させることが要求される。
シュメモリ素子のセルアレイ領域の回路図である。
/L1、B/L2が平行に配置され、複数の単位セルが
各ビットラインに並列に接続される。また、複数のビッ
トラインB/L1、B/L2を横切る方向に複数のワー
ドラインW/L1、W/L2が配置され、各ワードライ
ンは単位セルのコントロールゲート電極に接続される。
ここで、一本のビットラインに並列に接続された一対の
セルは、一つのソース領域を共有する。そして、ソース
領域はワードラインと平行した共通ソースラインC/S
に接続される。
ードラインW/L1にプログラム電圧、例えば10〜1
2Vを印加し、第1ビットラインB/L1に5〜7Vの
電圧を印加する。また、第2ワードラインW/L2及び
共通ソースラインC/Sは接地する。この際、セルC1
と第1ビットラインB/L1を共有するセルC2のフロ
ーティングゲートに誘起される電圧VFG3は数式3の
ようになる。
+Cd)]×Vd
印加される電圧、即ち第1ビットラインB/L1に印加
される電圧である。
フローティングゲートに数式3で表される電圧VFG3
が誘起される。電圧VFG3はドレイン電圧Vdに比例
し、キャパシタCipoが減少するほどドレイン電圧V
dに近づく。従って、キャパシタCipoが減少する
と、非選択のセルC2がオンして選択したセルC1のプ
ログラム動作の妨害になる。このような現象をドレイン
オン現象と称する。つまり所望のセルのプログラム効率
を増大させるには、キャパシタCipoを増加させてド
レインオン現象を抑制すればよい。
る。
5が平行に配置され、ワードライン15に垂直に活性領
域11が配置される。活性領域11から延設された共通
ソース領域Sは、ワードライン15間にワードライン1
5と平行に配置される。ワードライン15下を介して共
通ソース領域Sと対する活性領域11はセルのドレイン
領域Dに該当する。ドレイン領域Dにはビットラインコ
ンタクト17が配置され、ビットラインコンタクト17
を覆うビットライン19はワードライン15に垂直に配
置される。また、ビットライン19の間にはワードライ
ン15方向に隣接するセルのフローティングゲートを隔
離するための食刻マスク13が位置する。
した断面図であって、米国特許第5,675,162号
に開示されたフラッシュメモリ素子の製造方法を説明す
るための図面である。
と非活性領域とを限定するためのフィールド酸化膜23
を形成し、活性領域の表面にトンネル酸化膜25を形成
する。そしてトンネル酸化膜25の形成された半導体基
板21全面に第1ドーピングされた第1ポリシリコン膜
27及びシリコン窒化膜29を順次形成する。シリコン
窒化膜29上には、図4の食刻マスク13を使用してフ
ォトレジストパタン31を形成する。
刻マスクとして第1ポリシリコン膜27が露出するまで
シリコン窒化膜29を食刻することにより、活性領域の
上部を覆うシリコン窒化膜パタン29を形成する。シリ
コン窒化膜パタン29形成後、全面に第2ドーピングさ
れた第2ポリシリコン膜33を形成する。
性食刻してシリコン窒化膜パタン29の側面にスペーサ
33’を形成する。次に、シリコン窒化膜パタン29を
食刻マスクとして第1ポリシリコン膜27を食刻するこ
とにより、第1ポリシリコン膜パタン27を形成する。
去して第1ポリシリコン膜パタン27を露出する。次
に、半導体基板21全面にO/N/O(oxide/nitride/
oxide)膜のような絶縁体膜35及び第3ポリシリコン
膜37を順次に形成する。さらに、ワードライン15の
形状のフォトマスクにより第3ポリシリコン膜37、絶
縁体膜35及び第1ポリシリコン膜パタン27を食刻す
ることにより、フローティングゲート27及びコントロ
ールゲート電極37を形成する。
フローティングゲート27とコントロールゲート電極3
7とが重なる面積を最大にするために、隣接するフロー
ティングゲート27の間隔を写真工程の限界解像度より
小さく形成すると共に、フローティングゲート27の縁
部に第2ポリシリコン膜33によるスペーサ33’を残
存させる。従って、フローティングゲート27とコント
ロールゲート電極37との間のキャパシタを最大にす
る。
5,675,162号では、シリコン窒化膜パタン29を
除去する際、第1ポリシリコン膜パタン27の表面が食
刻損傷される。つまり、シリコン窒化膜パタン29をプ
ラズマ食刻方法又は反応性イオン食刻方法で除去する
と、第1ポリシリコン膜パタン27の表面に食刻損傷が
発生してフローティングゲート27の表面モルホロジが
不良になる。他の方法として、シリコン窒化膜パタン2
9を、燐酸溶液を使用する湿式食刻工程で除去すると、
第1ポリシリコン膜パタン27の一部が食刻されてフロ
ーティングゲート27の表面が均一にならない。そのた
めに、フローティングゲート27とコントロールゲート
電極37との間の絶縁体膜35のリーク電流特性及び破
壊電圧特性が低下してフラッシュメモリセルの信頼性、
プログラム特性及び消去特性が劣化する。
を最大化すると共にフローティングゲートの表面の食刻
損傷を防止するフラッシュメモリ素子の製造方法を提供
する。
する本発明のフラッシュメモリデバイスの製造方法は、
半導体基板に活性領域を限定する素子分離膜を形成する
段階と、活性領域上にトンネル酸化膜を形成する段階
と、トンネル酸化膜形成後に半導体基板の全面に半導体
膜、保護膜及び第1導電膜を順次形成する段階と、素子
分離膜上の第1導電膜を食刻してトンネル酸化膜上に第
1導電膜パタンを形成する段階と、第1導電膜パタンの
側壁にスペーサを形成する段階と、第1導電膜パタン及
びスペーサをマスクとして保護膜を食刻し保護膜パタン
を形成する段階と、保護膜パタン間に露出した半導体膜
を食刻してトンネル酸化膜上に半導体膜パタンを形成し
て素子分離膜を露出し、かつ保護膜パタンも露出する段
階と、保護膜パタンを除去し、また、半導体膜パタンを
ドーピングする段階と、半導体膜パタンをドーピング後
に半導体基板の全面に層間絶縁膜及び第2導電膜を順次
形成する段階と、を含むことを特徴とする。ここで、第
1導電膜はドーピングされたポリシリコン膜であり半導
体膜と同じかそれ以下の厚さである。露出した保護膜パ
タンは燐酸溶液を使用する湿式食刻工程で除去する。半
導体膜パタンをドーピングする段階はイオン注入により
行う。半導体膜はドーピングされていないポリシリコン
膜であり、保護膜は窒素成分を含有する絶縁体膜、例え
ば、シリコン窒化膜又はシリコンオキシナイトライド膜
であるとよい。スペーサはドーピングされたシリコン膜
又はシリコン窒化膜で形成し、ここでドーピングされた
シリコン膜は、ドーピングされたポリシリコン膜又はド
ーピングされた非晶質シリコン膜であるとよい。層間絶
縁膜はO/N/O膜又はN/O膜である。第2導電膜は
ドーピングされたポリシリコン膜又は耐火性金属を含有
するポリサイド膜、例えば、タングステンポリサイド膜
又はチタンポリサイド膜である。
明の望ましい実施形態を詳しく説明する。
沿って切断した本発明によるフラッシュメモリ素子の製
造方法を説明する断面図であって、分図Bは図4のB
B’線に沿って切断した本発明によるフラッシュメモリ
素子の製造方法を説明する断面図である。
型シリコン基板に活性領域11の形状に素子分離膜53
を形成して活性領域を決める。次に、活性領域に50Å
〜100Åのトンネル酸化膜55を形成する。トンネル
酸化膜55は熱酸化膜で形成することが望ましい。そし
てトンネル酸化膜55の形成された半導体基板51の全
面に、1000Å程度の半導体膜57、500Å程度の
保護膜59及び1000Å程度の第1導電膜61を順次
形成する。半導体膜57はドーピングされていないポリ
シリコン膜で、第1導電膜61はドーピングされたポリ
シリコン膜で半導体膜57と同じかそれ以下の厚さに形
成することが望ましい。
膜61に対して食刻選択比の高い物質、例えば、窒素成
分を含有する絶縁体膜やシリコン窒化膜、シリコンオキ
シナイトライド膜で形成することが望ましい。さらに、
第1導電膜61上に第1フォトレジスト膜を形成し、図
4の食刻マスク13と同じ形状に第1フォトレジスト膜
をパタニングして第1フォトレジストパタンPR1を形
成する。第1フォトレジストパタンPR1は活性領域に
形成される。
R1を食刻マスクとして第1導電膜61を食刻すること
により、トンネル酸化膜55の上部に第1導電膜パタン
61を形成し、第1フォトレジストパタンPR1を除去
する。次に、半導体基板51の全面にスペーサ用物質膜
63を形成する。スペーサ用物質膜63はドーピングさ
れたシリコン膜またはシリコン窒化膜で形成する。ドー
ピングされたシリコン膜はポリシリコン膜または非晶質
シリコン膜で形成することが望ましい。スペーサ用物質
膜63を非晶質シリコン膜で形成すると、スペーサを形
成する異方性食刻時にスペーサの幅を均一に形成しやす
くなる。
性食刻して第1導電膜パタン61の側壁にスペーサ6
3’を形成し、保護膜59を露出する。さらに、第1導
電膜パタン61とスペーサ63’をマスクとして、素子
分離膜53上の半導体膜57が露出するまで保護膜59
を食刻する。この際、スペーサ63’がシリコン窒化膜
で形成される場合、スペーサ63’がさらに食刻されて
小さくなる。これにより、傾いた側壁を有する保護膜パ
タン59を形成できる。一方、スペーサ63’がドーピ
ングされたシリコン膜で形成される場合、スペーサ6
3’は食刻されず大きさは変わらない。このようにスペ
ーサ63’を食刻マスクとして保護膜59を食刻する
と、保護膜パタン59の間隔が第1フォトレジストパタ
ンPR1の間隔より小さくなる。即ち、保護膜パタン5
9の間隔を写真工程の限界解像度より小さく形成でき
る。
して素子分離膜53を露出し、トンネル酸化膜55を覆
う半導体膜パタン57を形成する。この際、第1導電膜
パタン61も同時に食刻されて保護膜パタン59が露出
する。ここで、スペーサ63’がドーピングされたシリ
コン膜で形成される場合、スペーサ63’も食刻されて
除去される。一方、スペーサ63’がシリコン窒化膜で
形成される場合、保護膜パタン59の縁部上にスペーサ
63’が残存するため、半導体膜パタン57の側壁を外
に傾斜して形成しやすい。これは、図11で説明したよ
うに、スペーサ63’をシリコン窒化膜で形成する場合
に保護膜パタン59の側壁が外に傾斜した形を有するか
らである。半導体膜パタン57が外に傾斜した側壁を有
すると、後続工程で形成される第2導電膜が、隣接する
半導体膜パタン57間に隙間なく充填される。
えば燐酸溶液で除去して半導体膜パタン57を露出す
る。この際、シリコン窒化膜で形成されたスペーサ6
3’も除去される。保護膜パタン59を燐酸溶液を使用
して湿式食刻工程で除去すると、半導体膜パタン57の
表面の食刻損傷を最小にすることができる。これは半導
体膜パタン57が不純物でドーピングされていない半導
体膜、即ちドーピングされていないポリシリコン膜であ
るからである。従って、保護膜パタン59を除去するこ
とにより露出する半導体膜パタン57の表面は、優れた
モルホロジを有する。次に、半導体膜パタン57が露出
された半導体基板51の全面に不純物イオンI、例えば
Asイオンを50KeVのエネルギと2.0×1015a
toms/cm2の濃度で注入してドーピングする。このイオ
ン注入工程は、保護膜パタン59を除去する前に行って
もよい。この場合は、イオン注入エネルギは保護膜パタ
ン59の厚さを考慮して50KeVより高く設定する。
絶縁膜65及び第2導電膜67を形成する。層間絶縁膜
65は酸化膜に比べて誘電率の高い物質、例えばシリコ
ン窒化膜やO/N/O膜、N/O膜で形成することが望
ましい。第2導電膜67は、ドーピングされたポリシリ
コン膜や導電性の優れた物質膜、例えば耐火性金属(re
fractory metal)を含有するポリサイド膜で形成する。
耐火性金属を含有するポリサイド膜はタングステンポリ
サイド膜またはチタンポリサイド膜である。このように
イオン注入方法によりドープされた半導体膜パタン57
上に層間絶縁膜65を形成すれば、層間絶縁膜65と半
導体膜パタン57の界面特性が改善される。これは、半
導体膜パタン57表面のモルホロジが優れているからで
ある。次に、第2導電膜67上に第2フォトレジスト膜
を形成する。第2フォトレジスト膜を図4のワードライ
ン15と同じ形状に写真工程でパタニングして、活性領
域を横切る第2フォトレジストパタンPR2を形成す
る。
R2を食刻マスクとして第2導電膜67、層間絶縁膜6
5及び半導体膜パタン57を順次食刻してフローティン
グゲート57’、層間絶縁膜パタン65’及びコントロ
ールゲート電極となるワードライン67’を形成して、
第2フォトレジストパタンPR2を除去する。フローテ
ィングゲート57’の両側の活性領域には、半導体基板
51と異なる導電型の不純物イオン、例えばN型の不純
物イオンを注入してソース領域S及びドレイン領域Dを
形成する。
ゲートの間隔を写真工程の限界解像度より小さく形成す
ると共に、フローティングゲートと層間絶縁膜の間の界
面特性を向上させうる。これにより、フローティングゲ
ートとコントロールゲート電極との間の寄生容量が大き
くなりプログラム特性及び消去特性が改善したフラッシ
ュメモリ素子を形成できる。
Claims (13)
- 【請求項1】 半導体基板に活性領域を限定する素子分
離膜を形成する段階と、活性領域上にトンネル酸化膜を
形成する段階と、トンネル酸化膜形成後に半導体基板の
全面に半導体膜、保護膜及び第1導電膜を順次形成する
段階と、素子分離膜上の第1導電膜を食刻してトンネル
酸化膜上に第1導電膜パタンを形成する段階と、第1導
電膜パタンの側壁にスペーサを形成する段階と、第1導
電膜パタン及びスペーサをマスクとして保護膜を食刻し
保護膜パタンを形成する段階と、保護膜パタン間に露出
した半導体膜を食刻してトンネル酸化膜上に半導体膜パ
タンを形成して素子分離膜を露出し、かつ保護膜パタン
も露出する段階と、保護膜パタンを除去し、また、半導
体膜パタンをドーピングする段階と、半導体膜パタンを
ドーピング後に半導体基板の全面に層間絶縁膜及び第2
導電膜を順次形成する段階と、を含むことを特徴とする
フラッシュメモリデバイスの製造方法。 - 【請求項2】 半導体膜はドーピングされていないポリ
シリコン膜である請求項1記載のフラッシュメモリデバ
イスの製造方法。 - 【請求項3】 保護膜は窒素成分を含有する絶縁体膜で
ある請求項1記載のフラッシュメモリデバイスの製造方
法。 - 【請求項4】 窒素成分を含有する絶縁体膜はシリコン
窒化膜又はシリコンオキシナイトライド膜である請求項
3記載のフラッシュメモリデバイスの製造方法。 - 【請求項5】 第1導電膜は半導体膜と同じかそれ以下
の厚さである請求項1記載のフラッシュメモリデバイス
の製造方法。 - 【請求項6】 第1導電膜はドーピングされたポリシリ
コン膜である請求項1又は請求項5記載のフラッシュメ
モリデバイスの製造方法。 - 【請求項7】 スペーサはドーピングされたシリコン膜
又はシリコン窒化膜で形成する請求項1記載のフラッシ
ュメモリデバイスの製造方法。 - 【請求項8】 ドーピングされたシリコン膜はドーピン
グされたポリシリコン膜又はドーピングされた非晶質シ
リコン膜である請求項7記載のフラッシュメモリデバイ
スの製造方法。 - 【請求項9】 露出した保護膜パタンは燐酸溶液を使用
する湿式食刻工程で除去する請求項1記載のフラッシュ
メモリデバイスの製造方法。 - 【請求項10】 半導体膜パタンをドーピングする段階
はイオン注入により行う請求項1記載のフラッシュメモ
リデバイスの製造方法。 - 【請求項11】 層間絶縁膜はO/N/O膜又はN/O
膜である請求項1記載のフラッシュメモリデバイスの製
造方法。 - 【請求項12】 第2導電膜はドーピングされたポリシ
リコン膜又は耐火性金属を含有するポリサイド膜である
請求項1記載のフラッシュメモリデバイスの製造方法。 - 【請求項13】 耐火性金属を含有するポリサイド膜は
タングステンポリサイド膜又はチタンポリサイド膜であ
る請求項12記載のフラッシュメモリデバイスの製造方
法。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1998P28035 | 1998-07-11 | ||
KR19980028035 | 1998-07-11 |
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JP35251398A Expired - Fee Related JP4361626B2 (ja) | 1998-07-11 | 1998-12-11 | フラッシュメモリデバイスの製造方法 |
Country Status (1)
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---|---|
JP (1) | JP4361626B2 (ja) |
Cited By (3)
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---|---|---|---|---|
KR100355238B1 (ko) * | 2000-10-27 | 2002-10-11 | 삼성전자 주식회사 | 플레쉬 메모리 소자의 셀 제조 방법 |
JP2005197640A (ja) * | 2003-12-29 | 2005-07-21 | Hynix Semiconductor Inc | フラッシュメモリ素子の製造方法 |
US7098104B2 (en) | 2003-04-17 | 2006-08-29 | Nec Electronics Corporation | Method of fabricating semiconductor memory device |
-
1998
- 1998-12-11 JP JP35251398A patent/JP4361626B2/ja not_active Expired - Fee Related
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JP4575048B2 (ja) * | 2003-12-29 | 2010-11-04 | 株式会社ハイニックスセミコンダクター | フラッシュメモリ素子の製造方法 |
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---|---|
JP4361626B2 (ja) | 2009-11-11 |
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