JP2001024073A - 不揮発性半導体記憶装置およびその製造方法 - Google Patents

不揮発性半導体記憶装置およびその製造方法

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JP2001024073A
JP2001024073A JP11198408A JP19840899A JP2001024073A JP 2001024073 A JP2001024073 A JP 2001024073A JP 11198408 A JP11198408 A JP 11198408A JP 19840899 A JP19840899 A JP 19840899A JP 2001024073 A JP2001024073 A JP 2001024073A
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Japan
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insulating film
film
gate
semiconductor memory
nonvolatile semiconductor
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JP11198408A
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Toshimoto Kubota
俊元 久保田
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electronics Corp
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 浮遊ゲートと制御ゲートとの間の容量を増加
させ、書込み特性を向上させた不揮発性半導体記憶装置
およびその製造方法を提供する。 【解決手段】 シリコン基板1に設けたトレンチ2bの
底部に分離絶縁膜2を有し、トレンチ2bの側壁からシ
リコン基板1の主面に延在して形成されたゲート絶縁膜
3の上に分離絶縁膜2の上で分割された浮遊ゲート4、
層間絶縁膜5および制御ゲート6を有するものであり、
浮遊ゲート4と制御ゲート6との重なり部分をトレンチ
2bの内部にまで広げることによりその結合容量を増加
させ、記憶保持性を向上させた。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、浮遊ゲートと制御
ゲートとの間の結合容量を増加させ、記憶保持性を向上
させた不揮発性半導体記憶装置およびその製造方法に関
するものである。
【0002】
【従来の技術】近年、不揮発性半導体記憶装置の大容量
化が求められ、それにしたがってメモリセルの微細化が
進められている。不揮発性半導体記憶装置は浮遊ゲート
への電子の注入・放出によって書込み・消去が行われる
が、その際に浮遊ゲートと制御ゲート間の結合容量の大
きさが重要になってくる。
【0003】図4は従来の不揮発性半導体記憶装置の要
部断面図である。図4において、21はシリコン基板、
22は分離絶縁膜、23は厚さ10nm程度のトンネル
酸化膜からなるゲート絶縁膜、24は不純物がドープさ
れた多結晶シリコン膜からなる浮遊ゲート、25はCV
D法で形成された酸化シリコン膜からなる層間絶縁膜、
26は不純物をドープされた多結晶シリコン膜からなる
制御ゲートである。なお図4においてトランジスタは省
略しているが、ソースとドレインは紙面に対して垂直方
向に配置され、制御ゲート26は紙面に平行な配線とし
て形成されている。このように、分離絶縁膜22はその
主面がシリコン基板21の主面とほぼ同一平面に形成さ
れており、浮遊ゲート24は分離絶縁膜22の上で分離
されている。また制御ゲート26は層間絶縁膜25を介
して設けられているが、浮遊ゲート24と制御ゲート2
6との間の結合容量は主として平面的な重なり面積によ
って決まることになる。
【0004】次に従来の不揮発性半導体記憶装置の製造
方法について、図5(a)〜(c)の工程断面図を参照
しながら説明する。
【0005】まず図5(a)に示すように、シリコン基
板21の上に厚い酸化シリコン膜からなる分離絶縁膜2
2を選択的に形成し、さらにトンネル酸化膜からなるゲ
ート絶縁膜23を形成する。その上に不純物をドープし
た多結晶シリコン膜等の第1の導電体膜24aを形成す
る。次に図5(b)に示すように、全面にホトレジスト
パターン27を選択的に形成する。この状態でホトレジ
ストパターン27をマスクにして第1の導電体膜24a
を選択的にエッチングし、分離絶縁膜22の上で分離さ
れた浮遊ゲート24を形成する。
【0006】次に全面にCVD法を用いて酸化シリコン
膜からなる層間絶縁膜25を形成した後、不純物がドー
プされた多結晶シリコン膜を全面に形成する。次に図5
(c)に示すように、多結晶シリコン膜を選択的にエッ
チングして制御ゲート26を形成する。なお図5(c)
においても、図4と同様にソースおよびドレイン(いず
れも図示せず)は紙面に対して垂直な方向に配置され、
制御ゲート26は紙面に平行な配線として形成される。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記の従
来の構成では、浮遊ゲートと制御ゲートとの間の結合容
量が平面的な重なり面積で決まり、セルサイズの微細化
にしたがって必要とする容量の確保が困難になってく
る。一方浮遊ゲートと制御ゲートとの間の層間絶縁膜を
薄くしようとしても、電流リークの問題等があって限界
がある。
【0008】本発明は上記従来の課題を解決するもの
で、浮遊ゲートと制御ゲートとの間の結合容量を増加さ
せ、書込み特性を向上した不揮発性半導体記憶装置を提
供することを目的とする。
【0009】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の不揮発性半導体記憶装置は、半導体基板に設
けたトレンチの底面に分離絶縁膜を有し、トレンチの側
壁から半導体基板の主面に延在して形成されたゲート絶
縁膜の上に浮遊ゲートを有し、さらに層間絶縁膜および
制御ゲートを有するものであり、浮遊ゲートと制御ゲー
トとの重なり部分をトレンチ内部にまで広げることによ
り結合容量を増加させたものである。
【0010】
【発明の実施の形態】本発明の不揮発性半導体記憶装置
は、半導体基板に形成されたトレンチと、トレンチの底
面に形成された分離絶縁膜と、トレンチの側面から半導
体基板の主面に延在して形成されたゲート絶縁膜と、ゲ
ート絶縁膜の上に形成された浮遊ゲートと、少なくとも
浮遊ゲートを覆って形成された層間絶縁膜と、層間絶縁
膜を介して浮遊ゲートの上に形成された制御ゲートとを
有するものであり、浮遊ゲートと制御ゲートとの重なり
部分がトレンチ内部にまで延長される結果、両ゲート間
の結合容量を増加させることができるものである。
【0011】上述の装置において、ゲート絶縁膜を酸化
シリコン膜または窒化酸化シリコン膜とすることで、酸
化シリコン膜を用いた場合には記憶保持性に優れ、窒化
酸化シリコン膜を用いた場合にはシリコン基板からのキ
ャリアの注入が容易になり、書込み速度が向上する。
【0012】さらに上述の装置において、浮遊ゲートを
多結晶シリコン膜または高融点金属シリサイド膜で形成
することで、前者については不純物をドープすることに
より、また後者についてはそれ自体で電気抵抗を下げる
ことができる。
【0013】さらにまた上述の装置において、層間絶縁
膜を酸化シリコン膜または酸化シリコン膜と窒化シリコ
ン膜と酸化シリコン膜の三層膜とすることで、特に三層
膜にした場合には膜の実効誘電率を大きくできるため、
結合容量を増加させることができる。
【0014】さらにまた上述の装置においても、制御ゲ
ートを多結晶シリコン膜または高融点金属シリサイド膜
とすることで、これらの膜の膜形成が容易となり、かつ
前者については不純物をドープすることにより、また後
者についてはそれ自体で容易に電気抵抗を低下させるこ
とができるものである。
【0015】本発明の不揮発性半導体記憶装置の製造方
法は、半導体基板の所定の個所に底面に分離絶縁膜を有
するトレンチを形成する工程と、トレンチの側面から半
導体基板の主面に延在するゲート絶縁膜を形成する工程
と、全面に第1の導電体膜を形成する工程と、第1の導
電体膜を選択的にエッチングしてゲート絶縁膜の上に浮
遊ゲートを形成する工程と、全面に層間絶縁膜を形成す
る工程と、全面に第2の導電体膜を形成する工程と、第
2の導電体膜を選択的にエッチングして制御ゲートを形
成する工程とを有するものであり、浮遊ゲートと制御ゲ
ートとの間の結合容量を増加させた不揮発性半導体記憶
装置を容易に製造できるものである。
【0016】以下本発明の実施の形態について、図1か
ら図3を用いて説明する。
【0017】(実施の形態1)図1は本発明の実施の形
態1における不揮発性半導体記憶装置の要部断面図であ
る。図1において、1はシリコン基板、2は分離絶縁膜
で、シリコン基板1に設けたトレンチ2bの底面に形成
されている。3はゲート絶縁膜で、トンネル酸化膜から
なり、トレンチ2bの側壁からシリコン基板1の主面に
延在して形成されている。4は浮遊ゲートで、不純物が
ドープされた多結晶シリコン等からなり、トレンチ2b
の内部の分離絶縁膜2の上で分割され、トレンチ2bの
側壁からシリコン基板1の主面にかけてゲート絶縁膜3
の上に形成されている。5は浮遊ゲート4を覆いシリコ
ン基板1のほぼ全面に形成された層間絶縁膜、6は層間
絶縁膜5の上に形成された制御ゲートである。
【0018】なお図1では省略したが、紙面に垂直方向
には分離絶縁膜2で囲まれた素子領域にドレインおよび
ソースが形成されており、制御ゲート6は紙面に平行な
配線として形成されている。
【0019】このような構成において、書込み時には制
御ゲート6に高い電圧を印加し、シリコン基板1からゲ
ート絶縁膜3を介して電荷を浮遊ゲート4に注入し、層
間絶縁膜5を容量絶縁膜とする浮遊ゲート4と制御ゲー
ト6との間の結合容量に電荷を蓄積する。
【0020】実施の形態1に示す構成では、電荷を蓄積
するための結合容量がトレンチ内部にまで延長されてお
り、その分結合容量が増加することになる。
【0021】(実施の形態2)図2(a)〜図2(d)
は本発明の実施の形態2における不揮発性半導体記憶装
置の前半工程を説明する工程断面図であり、図3(a)
〜図3(c)は本発明の実施の形態2における不揮発性
半導体記憶装置の後半工程を説明する工程断面図であ
る。これらの図において、図1に示す実施の形態1の要
部断面図と同一個所には同一符号を付して詳細説明を省
略する。
【0022】まず図2(a)に示すように、シリコン基
板1の所定の領域に選択的に厚い酸化シリコン膜2aを
形成する。次に図2(b)に示すように、厚い酸化シリ
コン膜2aを表面から深さ方向にエッチングして、底面
に分離絶縁膜2を有するトレンチ2bを形成する。
【0023】次に、トレンチ2bの側壁からシリコン基
板1の主面に延在する、トンネル酸化膜からなるゲート
絶縁膜3を形成する。次に全面に不純物がドープされた
多結晶シリコン膜4aを形成する。
【0024】次に全面にホトレジスト膜を形成した後、
露光・現像して、図2(d)に示すように分離絶縁膜2
の中央部に開口を有するレジストパターン7を形成す
る。
【0025】次に図3(a)に示すように、レジストパ
ターン7をマスクにして多結晶シリコン膜4aをエッチ
ングし、図3(b)に示すように、分離絶縁膜2の上で
分割された浮遊ゲート4を形成する。この工程によっ
て、メモリセルが実質上電気的に分離されることにな
る。
【0026】次に図3(c)に示すように、酸化シリコ
ン膜からなる層間絶縁膜5をCVD法により全面に形成
した後、全面に不純物をドープした多結晶シリコン膜を
形成し、さらにホトリソ法を用いて所定のパターンを有
する制御ゲート6を形成する。以降の工程は通常の製造
方法と同じく、制御ゲート6の上に第2の層間絶縁膜、
所定の領域に接続された電極配線、配線保護膜等を形成
して不揮発性半導体記憶装置が完成する。
【0027】実施の形態2に示した製造方法により、シ
リコン基板1にトレンチ2bを設け、トレンチ2bの側
壁を利用して浮遊ゲート3と制御ゲート5との重なり面
積を増大させ、両者の間の結合容量を大きくすることが
できる。
【0028】なお実施の形態1または2において、ゲー
ト絶縁膜3としてトンネル酸化膜を用いた例について説
明したが、他に薄い窒化酸化シリコン膜を用いてもよ
い。ゲート絶縁膜3として窒化酸化シリコン膜を用いた
場合、酸化シリコン膜を用いた場合に比べて、シリコン
基板1からのキャリアの注入が容易になり、その分書込
み速度が向上する。
【0029】また実施の形態1または2において、層間
絶縁膜4として酸化シリコン膜を用いた例について説明
したが、他に酸化シリコン膜−窒化シリコン膜−酸化シ
リコン膜の三層膜を用いることにより、実効的な誘電率
を高めることができ、結合容量を増加させることができ
る。
【0030】また実施の形態1または2において、浮遊
ゲート4として不純物をドープした多結晶シリコン膜を
用いた例について説明したが、他に高融点金属シリサイ
ド膜を用いてもよい。この場合、浮遊ゲート4の電気抵
抗をいっそう低下させることができる。
【0031】また実施の形態1または2において、制御
ゲート6として不純物をドープした多結晶シリコン膜を
用いた例について説明したが、他に高融点金属シリサイ
ド膜を用いることにより制御ゲート6の電気抵抗を下げ
ることができるため、書込み速度、読出し速度を向上さ
せることができる。
【0032】
【発明の効果】以上説明したように本発明の不揮発性半
導体記憶装置は、半導体基板に底面に分離絶縁膜を有す
るトレンチを設け、そのトレンチの側壁を利用して浮遊
ゲートと制御ゲートとの間の結合容量を増加させたもの
であり、今後メモリセルが微細化される中で書込み特性
および記憶保持性を向上させることができるものであ
る。
【0033】また本発明の不揮発性半導体記憶装置の製
造方法は、半導体基板の所定の個所に底面に分離絶縁膜
を有するトレンチを形成する工程と、トレンチの側壁か
ら半導体基板の主面に延在するゲート絶縁膜を形成する
工程と、ゲート絶縁膜の上に浮遊ゲートを形成する工程
と、層間絶縁膜を介して制御ゲートを形成する工程とを
有し、浮遊ゲートと制御ゲートとの重なり部分を容易に
半導体基板の深さ方向に延長した構造を実現することが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態1における不揮発性半導体
記憶装置の要部断面図
【図2】(a)〜(d)は、本発明の実施の形態2にお
ける不揮発性半導体記憶装置の製造方法の前半工程を説
明する工程断面図
【図3】(a)〜(c)は、本発明の実施の形態2にお
ける不揮発性半導体記憶装置の製造方法の後半工程を説
明する工程断面図
【図4】従来の不揮発性半導体記憶装置の要部断面図
【図5】(a)〜(c)は、従来の不揮発性半導体記憶
装置の製造方法を説明する工程断面図
【符号の説明】
1 シリコン基板(半導体基板) 2 分離絶縁膜 2b トレンチ 3 ゲート絶縁膜 4 浮遊ゲート 5 層間絶縁膜 6 制御ゲート

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板の所定の個所に形成されたト
    レンチと、前記トレンチの底面に形成された分離絶縁膜
    と、前記トレンチの側面から半導体基板の主面に延在し
    て形成されたゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜の上に
    形成された浮遊ゲートと、少なくとも前記浮遊ゲートを
    覆って形成された層間絶縁膜と、前記層間絶縁膜を介し
    て前記浮遊ゲートの上に形成された制御ゲートとを有す
    る不揮発性半導体記憶装置。
  2. 【請求項2】 ゲート絶縁膜が酸化シリコン膜または窒
    化酸化シリコン膜である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. 【請求項3】 浮遊ゲートが多結晶シリコン膜または高
    融点金属シリサイド膜で形成されていることを特徴とす
    る請求項1または2に記載の不揮発性半導体記憶装置。
  4. 【請求項4】 層間絶縁膜が酸化シリコン膜または酸化
    シリコン膜と窒化シリコン膜と酸化シリコン膜の三層膜
    であることを特徴とする請求項1、2または3に記載の
    不揮発性半導体記憶装置。
  5. 【請求項5】 制御ゲートが多結晶シリコン膜または高
    融点金属シリサイド膜で形成されていることを特徴とす
    る請求項1、2、3または4に記載の不揮発性半導体記
    憶装置。
  6. 【請求項6】 半導体基板の所定の個所に底面に分離絶
    縁膜を有するトレンチを形成する工程と、前記トレンチ
    の側面から半導体基板の主面に延在するゲート絶縁膜を
    形成する工程と、全面に第1の導電体膜を形成する工程
    と、前記第1の導電体膜を選択的にエッチングして前記
    ゲート絶縁膜の上に浮遊ゲートを形成する工程と、全面
    に層間絶縁膜を形成する工程と、全面に第2の導電体膜
    を形成する工程と、前記第2の導電体膜を選択的にエッ
    チングして制御ゲートを形成する工程とを有する不揮発
    性半導体記憶装置の製造方法。
JP11198408A 1999-07-13 1999-07-13 不揮発性半導体記憶装置およびその製造方法 Pending JP2001024073A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100475081B1 (ko) * 2002-07-09 2005-03-10 삼성전자주식회사 Sonos형 eeprom 및 그 제조방법

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