JP2003518742A - 不揮発性のメモリーセルと周辺部 - Google Patents
不揮発性のメモリーセルと周辺部Info
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Abstract
(57)【要約】
1つの基板(1)上に、少なくとも1つのメモリーセル(3)と少なくとも1つの論理トランジスター(25)とを有し、前記少なくとも1つのメモリーセルは、フローティングゲート(5)と、前記フローティングゲートと前記基板(1)との間のトンネル酸化物層(11)と、コントロールゲート(15)と、前記コントロールゲート(15)と前記フローティングゲート(5)との間のコントロール酸化物層(13)とを有し、前記少なくとも1つの論理トランジスター(25)は、論理トランジスターゲート(5’、15”)と、前記論理トランジスターゲート(5’、15”)と前記基板(1)との間の論理トランジスターゲート酸化物(11”)とを有し、前記メモリーセル(3)の前記トンネル酸化物層(11)と、前記論理トランジスターゲート酸化物(11”)とは、同一又は実質的に同一の所定の第一の厚さを有する半導体装置。本発明は、このような装置の製造方法、及び、少なくとも前記メモリーセル(3)の集積部として任意に作られる高電圧トランジスターを含む装置に関する。
Description
【0001】
本発明は論理トランジスター及び/又は高電圧トランジスターをチップ上に集
積した不揮発性のメモリーセルに関する。
積した不揮発性のメモリーセルに関する。
【0002】
フローティングゲート不揮発性メモリーセル中のトンネル酸化物のスケーリン
グに関して最も重要な制限要素の一つは、ストレス誘漏洩電流(SILC)であ
る。8nmより薄い酸化物につき、メモリーセルのフローティングゲートでの電
荷蓄積能力は疑わしい。酸化物への電荷の通過の結果として、トンネル酸化物の
特質が変化することが論証されてきている。プログラム/消去サイクルは、基板
からフローティングゲートを絶縁するという酸化物の能力を弱める。該論証の幾
つかは、もし、10年というメモリーセルの電荷保持要求が緩められなければ、
8nmよりもずっと低くスケーリングする不揮発性メモリー酸化物は上記絶縁す
ることは困難、おそらく不可能であるとする。また、幾つかは、「不揮発性」メ
モリーにつき、記憶されたデータを失わないようにするために、頻繁にとはいわ
ないまでも、DRAMのように定期的に記憶を新たにしなければならないであろ
うと提案する。これは、幾つかのアプリケーションにとっては実現できる解決法
であるかもしれないが、「揮発性ではない」というコンセプトを「さほど揮発性
ではない」というものに変えてしまうものである。更には、「記憶を新たにする
こと」は失敗するであろう。この方法での1つのアプリケーションは、「スマー
トカード」というものであり、もし、「記憶を新たにすること」が起こらなけれ
ば、重大な情報を失うことになるであろうし、これらのカードはしばしば電源に
長期間接続されない。
グに関して最も重要な制限要素の一つは、ストレス誘漏洩電流(SILC)であ
る。8nmより薄い酸化物につき、メモリーセルのフローティングゲートでの電
荷蓄積能力は疑わしい。酸化物への電荷の通過の結果として、トンネル酸化物の
特質が変化することが論証されてきている。プログラム/消去サイクルは、基板
からフローティングゲートを絶縁するという酸化物の能力を弱める。該論証の幾
つかは、もし、10年というメモリーセルの電荷保持要求が緩められなければ、
8nmよりもずっと低くスケーリングする不揮発性メモリー酸化物は上記絶縁す
ることは困難、おそらく不可能であるとする。また、幾つかは、「不揮発性」メ
モリーにつき、記憶されたデータを失わないようにするために、頻繁にとはいわ
ないまでも、DRAMのように定期的に記憶を新たにしなければならないであろ
うと提案する。これは、幾つかのアプリケーションにとっては実現できる解決法
であるかもしれないが、「揮発性ではない」というコンセプトを「さほど揮発性
ではない」というものに変えてしまうものである。更には、「記憶を新たにする
こと」は失敗するであろう。この方法での1つのアプリケーションは、「スマー
トカード」というものであり、もし、「記憶を新たにすること」が起こらなけれ
ば、重大な情報を失うことになるであろうし、これらのカードはしばしば電源に
長期間接続されない。
【0003】
もし、トンネル酸化物が8nm又はそれよりも高値の厚さに制限されれば、コ
スト効率を上げること、即ち、高度なCMOS論理プロセスに組み込まれた不揮
発性メモリーモジュールを作ることは困難である。そのようなプロセスにおいて
、フローティングゲート不揮発性メモリーセルは、CMOSトランジスターと同
じ基板で製造される。CMOSトランジスターのゲート酸化物の厚さは、一般的
に、5nm又はそれ以下のオーダーである。
スト効率を上げること、即ち、高度なCMOS論理プロセスに組み込まれた不揮
発性メモリーモジュールを作ることは困難である。そのようなプロセスにおいて
、フローティングゲート不揮発性メモリーセルは、CMOSトランジスターと同
じ基板で製造される。CMOSトランジスターのゲート酸化物の厚さは、一般的
に、5nm又はそれ以下のオーダーである。
【0004】
ホウラー・ノルトハイムのトンネリングが、プログラミングや消去の過程の少
なくとも一つに使われるとすると、メモリーセルのトンネル酸化物の厚さは、コ
ントロールゲートのフローティングに対する結合比の組合せで、フローティング
ゲートへ及び/又は電荷の効率的な転送に必要な電圧を定める。特に、厚さが8
nmから9nmの範囲にあるトンネル酸化物は大抵、そのような高電圧を必要と
し、この高電圧を制御するために、基板上に高電圧トランジスタを含むことが必
要とされる。これら高電圧トランジスターのゲート酸化物は、メモリーセルのト
ンネル酸化物よりもずっと厚くなければならす、一般的には15nmから20n
mの範囲である。
なくとも一つに使われるとすると、メモリーセルのトンネル酸化物の厚さは、コ
ントロールゲートのフローティングに対する結合比の組合せで、フローティング
ゲートへ及び/又は電荷の効率的な転送に必要な電圧を定める。特に、厚さが8
nmから9nmの範囲にあるトンネル酸化物は大抵、そのような高電圧を必要と
し、この高電圧を制御するために、基板上に高電圧トランジスタを含むことが必
要とされる。これら高電圧トランジスターのゲート酸化物は、メモリーセルのト
ンネル酸化物よりもずっと厚くなければならす、一般的には15nmから20n
mの範囲である。
【0005】
更には、メモリーセルの、コントロールゲートとフローティングゲートとの間
には絶縁層があり、一般的には絶縁層は酸化物−窒化物−酸化物(ONO)から
成る。
には絶縁層があり、一般的には絶縁層は酸化物−窒化物−酸化物(ONO)から
成る。
【0006】
従って、フローティングゲートメモリーセル、論理トランジスター、及び高電
圧トランジスターを同じ基板上で製造する過程において、一般的には少なくとも
以下の4つの酸化物/絶縁の層がある。 メモリーセルのトンネル酸化物、 高電圧トランジスターのゲート酸化物、 論理トランジスターのゲート酸化物、及び メモリーセルの、コントロールゲートとフローティングゲートとの間にある絶縁
層。
圧トランジスターを同じ基板上で製造する過程において、一般的には少なくとも
以下の4つの酸化物/絶縁の層がある。 メモリーセルのトンネル酸化物、 高電圧トランジスターのゲート酸化物、 論理トランジスターのゲート酸化物、及び メモリーセルの、コントロールゲートとフローティングゲートとの間にある絶縁
層。
【0007】
現在まで、これらの酸化物−絶縁層は、製造費用を新たにかけて、そして、信
頼性についてのリスクを伴って、異なる厚さで設けられていた。
頼性についてのリスクを伴って、異なる厚さで設けられていた。
【0008】
H.Watanabeの「Scaling of Tunnel Oxide
Thickness for Flash EEPROMs Realizi
ng Stress−Induced Leakage current Re
duction」 VLSI Technology Digest of T
echnical Papers, 1994の1994シンポジウムの47−
48頁では、フローティングゲート不揮発性メモリーセルのストレス誘起漏洩電
流(SILC)が開示されている。そこで取られている手法の一つは、フローテ
ィングゲート不純物濃度を低くすることである。その結果、SILCレベルは、
フローティングゲートの下方のトンネル酸化物の厚さを約6nmとすることが出
来るレベルにまで減少される。低不純物濃度によるプログラミング電圧の増加を
防止すべく、不純物濃度を、5×1019cm−3から7×1019cm−3と
することが提案されている。
Thickness for Flash EEPROMs Realizi
ng Stress−Induced Leakage current Re
duction」 VLSI Technology Digest of T
echnical Papers, 1994の1994シンポジウムの47−
48頁では、フローティングゲート不揮発性メモリーセルのストレス誘起漏洩電
流(SILC)が開示されている。そこで取られている手法の一つは、フローテ
ィングゲート不純物濃度を低くすることである。その結果、SILCレベルは、
フローティングゲートの下方のトンネル酸化物の厚さを約6nmとすることが出
来るレベルにまで減少される。低不純物濃度によるプログラミング電圧の増加を
防止すべく、不純物濃度を、5×1019cm−3から7×1019cm−3と
することが提案されている。
【0009】
T.Kubotaの「The Effect of the Floatin
g Gate/Tunnel SiO2 Interface on FLAS
H Memory Data Retention Reliability」
NEC Research & Development, Vol.38,
1997, No.4の412−418頁では、不純物濃度を低下させることに
よって、フローティングゲートメモリーセルのデータ保持時間が増加することが
記されている。これが、SILCレベルを低下させるからである。
g Gate/Tunnel SiO2 Interface on FLAS
H Memory Data Retention Reliability」
NEC Research & Development, Vol.38,
1997, No.4の412−418頁では、不純物濃度を低下させることに
よって、フローティングゲートメモリーセルのデータ保持時間が増加することが
記されている。これが、SILCレベルを低下させるからである。
【0010】
H.Watanabe及びT.Kubotaの提案を用いて、次世代のプロセ
ススケールとしてトンネル酸化物の厚さをスケールすることが可能となる。厚さ
が2nmから5nmの範囲にあるゲート酸化物が使われるであろうことが予想で
きる。
ススケールとしてトンネル酸化物の厚さをスケールすることが可能となる。厚さ
が2nmから5nmの範囲にあるゲート酸化物が使われるであろうことが予想で
きる。
【0011】
薄くて、極く僅かにドープされたポリシリコンのフローティングゲートのセル
を作ることによって、そのような薄いトンネル酸化物を作ることができ、容認で
きるSILCのレベルを得ることができる。
を作ることによって、そのような薄いトンネル酸化物を作ることができ、容認で
きるSILCのレベルを得ることができる。
【0012】
本発明の目的は、1つの基板上に少なくとも1つのメモリーセルと、少なくと
も1つの論理トランジスターとを製造する簡単な方法を提供することである。
も1つの論理トランジスターとを製造する簡単な方法を提供することである。
【0013】
この目的を達成するために、本発明では、少なくとも1つのメモリーセルと少
なくとも1つの論理トランジスターとを1つの基板上に製造する方法であって、
フローティングゲートと、前記フローティングゲートと前記基板との間のトンネ
ル酸化物層と、コントロールゲートと、前記コントロールゲートと前記フローテ
ィングゲートとの間のコントロール酸化物層とを有する前記少なくとも1つのメ
モリーセルと、論理トランジスターゲートと、前記論理トランジスターゲートと
前記基板との間の論理トランジスターゲート酸化物とを有する前記少なくとも1
つの論理トランジスターとを前記基板上に製造する方法において、前記メモリー
セルの前記トンネル酸化物層と、前記論理トランジスターゲート酸化物とは、同
じ工程で作られ、同一又は実質的に同一の所定の第一の厚さを有することを特徴
とする方法を提供する。
なくとも1つの論理トランジスターとを1つの基板上に製造する方法であって、
フローティングゲートと、前記フローティングゲートと前記基板との間のトンネ
ル酸化物層と、コントロールゲートと、前記コントロールゲートと前記フローテ
ィングゲートとの間のコントロール酸化物層とを有する前記少なくとも1つのメ
モリーセルと、論理トランジスターゲートと、前記論理トランジスターゲートと
前記基板との間の論理トランジスターゲート酸化物とを有する前記少なくとも1
つの論理トランジスターとを前記基板上に製造する方法において、前記メモリー
セルの前記トンネル酸化物層と、前記論理トランジスターゲート酸化物とは、同
じ工程で作られ、同一又は実質的に同一の所定の第一の厚さを有することを特徴
とする方法を提供する。
【0014】
不揮発性メモリーフローリングゲートの適切な不純物濃度を選択することによ
って、SILCのレベルを制御することが可能となるので、メモリーセルのトン
ネル酸化物層の厚さを論理トランジスターゲート酸化物の厚さと同じく設計する
ことが出来る。このように、これらを同じ製造工程で作ることができ、費用の削
減及び信頼性の向上を図ることができる。
って、SILCのレベルを制御することが可能となるので、メモリーセルのトン
ネル酸化物層の厚さを論理トランジスターゲート酸化物の厚さと同じく設計する
ことが出来る。このように、これらを同じ製造工程で作ることができ、費用の削
減及び信頼性の向上を図ることができる。
【0015】
同様の手法を、同じ基板上でメモリーセルのプログラミング及びデプログラミ
ングに必要とされるフローティングゲートメモリーセルと、高電圧トランジスタ
ーの集積工程を簡素化するために用いることが出来る。従って、本発明はまた、
少なくとも1つのメモリーセルと少なくとも1つの高電圧トランジスターを1つ
の基板上に製造する方法であって、フローティングゲートと、前記フローティン
グゲートと前記基板との間のトンネル酸化物層と、コントロールゲートと、前記
コントロールゲートと前記フローティングゲートとの間のコントロール酸化物層
とを有する前記少なくとも1つのメモリーセルと、高電圧トランジスターゲート
と、前記高電圧トランジスターゲートと前記基板との間の高電圧トランジスター
ゲート酸化物とを有する前記少なくとも1つの高電圧トランジスターとを前記基
板上に製造する方法において、前記高電圧トランジスターゲート酸化物は、前記
基板の上部の第一ゲート酸化物層と、前記第一ゲート酸化物層の上部の第二ゲー
ト酸化物層とを含み、前記第一ゲート酸化物層と、前記メモリーセルの前記トン
ネル酸化物層とは、同じ第一の工程で作られ、同一又は実質的に同一の所定の第
一の厚さを有し、前記第二ゲート酸化物層と、前記メモリーセルの前記コントロ
ール酸化物層とは、同じ第二の工程で作られ、同一又は実質的に同一の所定の第
二の厚さを有することを特徴とする方法に関するものである。
ングに必要とされるフローティングゲートメモリーセルと、高電圧トランジスタ
ーの集積工程を簡素化するために用いることが出来る。従って、本発明はまた、
少なくとも1つのメモリーセルと少なくとも1つの高電圧トランジスターを1つ
の基板上に製造する方法であって、フローティングゲートと、前記フローティン
グゲートと前記基板との間のトンネル酸化物層と、コントロールゲートと、前記
コントロールゲートと前記フローティングゲートとの間のコントロール酸化物層
とを有する前記少なくとも1つのメモリーセルと、高電圧トランジスターゲート
と、前記高電圧トランジスターゲートと前記基板との間の高電圧トランジスター
ゲート酸化物とを有する前記少なくとも1つの高電圧トランジスターとを前記基
板上に製造する方法において、前記高電圧トランジスターゲート酸化物は、前記
基板の上部の第一ゲート酸化物層と、前記第一ゲート酸化物層の上部の第二ゲー
ト酸化物層とを含み、前記第一ゲート酸化物層と、前記メモリーセルの前記トン
ネル酸化物層とは、同じ第一の工程で作られ、同一又は実質的に同一の所定の第
一の厚さを有し、前記第二ゲート酸化物層と、前記メモリーセルの前記コントロ
ール酸化物層とは、同じ第二の工程で作られ、同一又は実質的に同一の所定の第
二の厚さを有することを特徴とする方法に関するものである。
【0016】
高電圧トランジスターのゲート酸化物を、第一のゲート酸化物の層と、第二の
ゲート酸化物の層とに分け、第一のゲート酸化物の層をメモリーセルのトンネル
酸化物と同じ製造工程で作成し、第二のゲート酸化物の層をメモリーセルのコン
トロールゲートとフローティングゲートの間にある絶縁層と同じ製造工程で作成
することによって、より費用の削減及び信頼性の向上を図ることができる。メモ
リーセルのフローティングゲートのドーピング濃度を設計自由度を与えるに十分
に低くして選択することが出来るので、トンネル酸化物とメモリーセルのコント
ロールゲートとフローティングゲートの間にある絶縁層と、高電圧トランジスタ
ーのゲート酸化物の両方を、如何なる要求の通りに作ることができる。
ゲート酸化物の層とに分け、第一のゲート酸化物の層をメモリーセルのトンネル
酸化物と同じ製造工程で作成し、第二のゲート酸化物の層をメモリーセルのコン
トロールゲートとフローティングゲートの間にある絶縁層と同じ製造工程で作成
することによって、より費用の削減及び信頼性の向上を図ることができる。メモ
リーセルのフローティングゲートのドーピング濃度を設計自由度を与えるに十分
に低くして選択することが出来るので、トンネル酸化物とメモリーセルのコント
ロールゲートとフローティングゲートの間にある絶縁層と、高電圧トランジスタ
ーのゲート酸化物の両方を、如何なる要求の通りに作ることができる。
【0017】
これらの工程を、本発明に従い、1つの基板上で集積されるメモリーセル、論
理トランジスター、及び高電圧トランジスターを有するために、一体化すること
が出来る。
理トランジスター、及び高電圧トランジスターを有するために、一体化すること
が出来る。
【0018】
つまり、4つの異なる酸化物/絶縁物の層の代りに、2つの層を用いるもので
ある。即ち、一つは、基板の上に直接ある第一の酸化物層であり、これは、メモ
リーセルではトンネル酸化物として用いられ、論理トランジスターではゲート酸
化物であり、高電圧トランジスターでは第一のゲート酸化物層として用いられる
。もう一つは、第二の酸化物層であり、これはメモリーセルのコントロールゲー
トとフローティングゲートとの間にある絶縁層として、及び高電圧トランジスタ
ーの第二のゲート酸化物層として用いられるものである。このような集積された
工程は、ほとんどマスクを必要とせず、ほとんどの工程も要求されないので、従
来の工程よりも廉価であることは明白である。
ある。即ち、一つは、基板の上に直接ある第一の酸化物層であり、これは、メモ
リーセルではトンネル酸化物として用いられ、論理トランジスターではゲート酸
化物であり、高電圧トランジスターでは第一のゲート酸化物層として用いられる
。もう一つは、第二の酸化物層であり、これはメモリーセルのコントロールゲー
トとフローティングゲートとの間にある絶縁層として、及び高電圧トランジスタ
ーの第二のゲート酸化物層として用いられるものである。このような集積された
工程は、ほとんどマスクを必要とせず、ほとんどの工程も要求されないので、従
来の工程よりも廉価であることは明白である。
【0019】
トンネル酸化物、第一のゲート酸化物層、及び論理トランジスターのゲート酸
化物層の厚さは、望ましくは2nmと10nmの間であり、より望ましくは4n
mと8nmの間である。
化物層の厚さは、望ましくは2nmと10nmの間であり、より望ましくは4n
mと8nmの間である。
【0020】
フローティングゲートのドーピング濃度は、望ましくは、1×1020cm− 3
以下であり、より望ましくは、4×1019cm−3以下である。
【0021】
論理ゲートトランジスターが、論理トランジスターゲート酸化物の上部に第一
のゲート層と、第一のゲート層の上部に第二のゲート層とを有する場合は、更な
る効果を得ることが出来る。第一のゲート層と、フローティングゲートとは望ま
しくは同時に作られ、同一又は実質的に同一の所定の第三の厚さ及びドーピング
濃度を有する。
のゲート層と、第一のゲート層の上部に第二のゲート層とを有する場合は、更な
る効果を得ることが出来る。第一のゲート層と、フローティングゲートとは望ま
しくは同時に作られ、同一又は実質的に同一の所定の第三の厚さ及びドーピング
濃度を有する。
【0022】
論理トランジスターの第二のゲート層は、可能であれば、高電圧トランジスタ
ーのゲートと同じ製造工程で作られることが望ましい。
ーのゲートと同じ製造工程で作られることが望ましい。
【0023】
本発明は、方法に関するもののみならず、1つの基板上に、少なくとも1つの
メモリーセルと少なくとも1つの論理トランジスターとを有し、前記少なくとも
1つのメモリーセルは、フローティングゲートと、前記フローティングゲートと
前記基板との間のトンネル酸化物層と、コントロールゲートと、前記コントロー
ルゲートと前記フローティングゲートとの間のコントロール酸化物層とを有し、
前記少なくとも1つの論理トランジスターは、論理トランジスターゲートと、前
記論理トランジスターゲートと前記基板との間の論理トランジスターゲート酸化
物とを有する半導体装置において、前記メモリーセルの前記トンネル酸化物層と
、前記論理トランジスターゲート酸化物とは、同一又は実質的に同一の所定の第
一の厚さを有することを特徴とする半導体装置に関するものである。
メモリーセルと少なくとも1つの論理トランジスターとを有し、前記少なくとも
1つのメモリーセルは、フローティングゲートと、前記フローティングゲートと
前記基板との間のトンネル酸化物層と、コントロールゲートと、前記コントロー
ルゲートと前記フローティングゲートとの間のコントロール酸化物層とを有し、
前記少なくとも1つの論理トランジスターは、論理トランジスターゲートと、前
記論理トランジスターゲートと前記基板との間の論理トランジスターゲート酸化
物とを有する半導体装置において、前記メモリーセルの前記トンネル酸化物層と
、前記論理トランジスターゲート酸化物とは、同一又は実質的に同一の所定の第
一の厚さを有することを特徴とする半導体装置に関するものである。
【0024】
本発明の更なる実施例は、1つの基板上に、少なくとも1つのメモリーセルと
少なくとも1つの高電圧トランジスターとを有し、前記少なくとも1つのメモリ
ーセルは、フローティングゲートと、前記フローティングゲートと前記基板との
間のトンネル酸化物層と、コントロールゲートと、前記コントロールゲートと前
記フローティングゲートとの間のコントロール酸化物層とを有し、前記少なくと
も1つの高電圧トランジスターは、高電圧トランジスターゲートと、前記高電圧
トランジスターゲートと前記基板との間の高電圧トランジスターゲート酸化物と
を有し、前記高電圧トランジスターゲート酸化物は、前記基板の上部の第一ゲー
ト酸化物層と、前記第一ゲート酸化物層の上部の第二ゲート酸化物層とを有し、
前記第一ゲート酸化物層と、前記メモリーセルの前記トンネル酸化物層とは、同
一又は実質的に同一の所定の第一の厚さを有し、前記第二ゲート酸化物層と、前
記メモリーセルの前記コントロール酸化物層とは、同一又は実質的に同一の所定
の第二の厚さを有することを特徴とする半導体装置に関するものである。
少なくとも1つの高電圧トランジスターとを有し、前記少なくとも1つのメモリ
ーセルは、フローティングゲートと、前記フローティングゲートと前記基板との
間のトンネル酸化物層と、コントロールゲートと、前記コントロールゲートと前
記フローティングゲートとの間のコントロール酸化物層とを有し、前記少なくと
も1つの高電圧トランジスターは、高電圧トランジスターゲートと、前記高電圧
トランジスターゲートと前記基板との間の高電圧トランジスターゲート酸化物と
を有し、前記高電圧トランジスターゲート酸化物は、前記基板の上部の第一ゲー
ト酸化物層と、前記第一ゲート酸化物層の上部の第二ゲート酸化物層とを有し、
前記第一ゲート酸化物層と、前記メモリーセルの前記トンネル酸化物層とは、同
一又は実質的に同一の所定の第一の厚さを有し、前記第二ゲート酸化物層と、前
記メモリーセルの前記コントロール酸化物層とは、同一又は実質的に同一の所定
の第二の厚さを有することを特徴とする半導体装置に関するものである。
【0025】
以下、本発明を、図面を参照して説明するが、これはあくまでも説明のために
用いるのであって、本発明の範囲を制限するものではなく、本発明の範囲は、特
許請求の範囲によって定められるものである。
用いるのであって、本発明の範囲を制限するものではなく、本発明の範囲は、特
許請求の範囲によって定められるものである。
【0026】
図1は、1つの基板上にあるフローティングゲートメモリセル、高電圧トラン
ジスター、及び論理トランジスターを示す。なお、この図は、概略を図示したも
のであり、実際のものを一定の比率で拡大したものではない。
ジスター、及び論理トランジスターを示す。なお、この図は、概略を図示したも
のであり、実際のものを一定の比率で拡大したものではない。
【0027】
図中、メモリーセル3は、トンネル酸化物11によって基板1から分離された
フローティングゲート5から構成される。ソース7及びドレーン9は、当業者に
周知の如く、プログラミング及びデプログラミング作用をさせるために、基板上
に作られる。メモリーセル3はまた、絶縁層13によってフローティングゲート
5から分離されたコントロールゲート15から構成される。絶縁層13は、当業
者に周知の如く、酸化物−窒化物−酸化物から成るものであってもよい。しかる
に、本発明の実施例では、絶縁層13は、二酸化珪素の層のみから成ることが望
ましい。
フローティングゲート5から構成される。ソース7及びドレーン9は、当業者に
周知の如く、プログラミング及びデプログラミング作用をさせるために、基板上
に作られる。メモリーセル3はまた、絶縁層13によってフローティングゲート
5から分離されたコントロールゲート15から構成される。絶縁層13は、当業
者に周知の如く、酸化物−窒化物−酸化物から成るものであってもよい。しかる
に、本発明の実施例では、絶縁層13は、二酸化珪素の層のみから成ることが望
ましい。
【0028】
高電圧トランジスター17は、メモリーセル3の書き込み及び消去機能をさせ
るために必要とされるものであり、同じ基板1上に設けられる。
るために必要とされるものであり、同じ基板1上に設けられる。
【0029】
高電圧トランジスター17は、ゲート酸化物の上部にあるゲート15’を有す
る。本発明におけるゲート酸化物は、第一ゲート酸化物層11’と第一ゲート酸
化物層11’の上部にある第二ゲート酸化物層13’という2つの層から成る。
第一ゲート酸化物層11’は、基板1に接している。ソース21とドレーン23
は、当業者に周知の如く基板中に設けられている。
る。本発明におけるゲート酸化物は、第一ゲート酸化物層11’と第一ゲート酸
化物層11’の上部にある第二ゲート酸化物層13’という2つの層から成る。
第一ゲート酸化物層11’は、基板1に接している。ソース21とドレーン23
は、当業者に周知の如く基板中に設けられている。
【0030】
論理トランジスター25は、1以上の論理回路の部分を構成し、基板1上に設
けられる。本発明の1つの実施例によれば、論理トランジスターは、ゲートを有
し、そのゲートは第一ゲート5’と、第二ゲート15”から成る。
けられる。本発明の1つの実施例によれば、論理トランジスターは、ゲートを有
し、そのゲートは第一ゲート5’と、第二ゲート15”から成る。
【0031】
論理トランジスター25はまた、ゲート5’、15”と、基板1との間のゲー
ト酸化物11”を有する。
ト酸化物11”を有する。
【0032】
ソース27とドレーン29は、通常の方法で設けられる。
【0033】
本発明では、フローティングゲート5のドーピング濃度を低く選択できるので
、トンネル酸化物11の厚さは、論理トランジスター25のゲート酸化物11”
と等しくなり、メモリーセル3のSILCレベルも低いので、例えば10年等の
メモリーセルの電荷保持要求を満たすことが出来る。トンネル酸化物11の厚さ
は、ゲート酸化物11”の厚さと等しいので、これらを同じ製造工程で作ること
ができ、それゆえ、コストの削減と信頼性を高めることが出来る。
、トンネル酸化物11の厚さは、論理トランジスター25のゲート酸化物11”
と等しくなり、メモリーセル3のSILCレベルも低いので、例えば10年等の
メモリーセルの電荷保持要求を満たすことが出来る。トンネル酸化物11の厚さ
は、ゲート酸化物11”の厚さと等しいので、これらを同じ製造工程で作ること
ができ、それゆえ、コストの削減と信頼性を高めることが出来る。
【0034】
本発明の更なる実施例では、高電圧トランジスター17の第1ゲート酸化物層
11’は、メモリーセル3のトンネル酸化物11と同一又は実質的に同一の厚さ
を有している。従って、この実施例では、高電圧トランジスター17の第1ゲー
ト酸化物層11’は、メモリーセル3のトンネル酸化物11と同じ製造工程で作
ることができる。メモリーセル3及び高電圧トランジスター17は、論理トラン
ジスター25と共に、同じ1つの基板1上に形成でき、トンネル酸化物11、第
1ゲート酸化物11’、及びゲート酸化物11”は、同じ厚さを有し、同じ製造
工程で作ることが出来る。
11’は、メモリーセル3のトンネル酸化物11と同一又は実質的に同一の厚さ
を有している。従って、この実施例では、高電圧トランジスター17の第1ゲー
ト酸化物層11’は、メモリーセル3のトンネル酸化物11と同じ製造工程で作
ることができる。メモリーセル3及び高電圧トランジスター17は、論理トラン
ジスター25と共に、同じ1つの基板1上に形成でき、トンネル酸化物11、第
1ゲート酸化物11’、及びゲート酸化物11”は、同じ厚さを有し、同じ製造
工程で作ることが出来る。
【0035】
高電圧トランジスター17のゲート酸化物層11’と13’の全体の厚さは、
メモリーセル3のトンネル酸化物11の厚さよりも大きくなければならないので
、高電圧トランジスター17の第2ゲート酸化物層13’は、要求を満たすよう
に設計されなければならない。コントロールゲート15とフローティングゲート
5の間の絶縁層13もまた二酸化珪素から成り、高電圧トランジスター17の第
2ゲート酸化物層13’と同じ又は実質的に同じ厚さを有していることがのぞま
しい。そして、これら二つの層13と13’は、1つの製造工程で作成でき、そ
れゆえに、さらにコストの削減と信頼性を高めることが出来る。
メモリーセル3のトンネル酸化物11の厚さよりも大きくなければならないので
、高電圧トランジスター17の第2ゲート酸化物層13’は、要求を満たすよう
に設計されなければならない。コントロールゲート15とフローティングゲート
5の間の絶縁層13もまた二酸化珪素から成り、高電圧トランジスター17の第
2ゲート酸化物層13’と同じ又は実質的に同じ厚さを有していることがのぞま
しい。そして、これら二つの層13と13’は、1つの製造工程で作成でき、そ
れゆえに、さらにコストの削減と信頼性を高めることが出来る。
【0036】
酸化物層11、11’及び11”の厚さは、望ましくは2nmと10nmの間
であること、より望ましくは4nmと8nmの間である。後者の場合、論理トラ
ンジスター25の電圧切換値は、望ましくは1.5Vと3.5Vの間であり、典
型的には2.5Vである。
であること、より望ましくは4nmと8nmの間である。後者の場合、論理トラ
ンジスター25の電圧切換値は、望ましくは1.5Vと3.5Vの間であり、典
型的には2.5Vである。
【0037】
高電圧トランジスター17の電圧切換値は、望ましくは、15−20Vの範囲
である。これは、ゲート酸化物層11’、13’の全体の厚さが15−30nm
であることを要する。
である。これは、ゲート酸化物層11’、13’の全体の厚さが15−30nm
であることを要する。
【0038】
フローティングゲート5は、例えばリン又はヒ素の原子を埋め込んで成るn型
であっても、例えばホウ素又はインジウムの原子を埋め込んで成るp型であって
もよい。フローティングゲート5のドーピング濃度は、望ましくは、1×102 0 /cm3以下であり、より望ましくは、4×1019/cm3以下である。
であっても、例えばホウ素又はインジウムの原子を埋め込んで成るp型であって
もよい。フローティングゲート5のドーピング濃度は、望ましくは、1×102 0 /cm3以下であり、より望ましくは、4×1019/cm3以下である。
【0039】
更なる実施例では、論理トランジスター25のゲートは、他の工程で必要な2
つの層5’及び15”を有する。第1ゲート層5’は、メモリーセル3のフロー
ティングゲート5と同じ工程で製造され、同じドーピング濃度で同じ材料で作ら
れ、同じ又は実質的に同じ厚さに作られることが望ましい。
つの層5’及び15”を有する。第1ゲート層5’は、メモリーセル3のフロー
ティングゲート5と同じ工程で製造され、同じドーピング濃度で同じ材料で作ら
れ、同じ又は実質的に同じ厚さに作られることが望ましい。
【0040】
第2ゲート層15”は、メモリーセル3のコントロールゲート15及び高電圧
トランジスター17のゲート15’と同じ工程で作成されるのが望ましい。
トランジスター17のゲート15’と同じ工程で作成されるのが望ましい。
【0041】
論理ゲートトランジスタ25のゲートに2つのそのような層5’及び15”を
設けることにより、以下の効果を得ることができる。フローティングゲート5は
、論理ゲート5’及び15”よりも薄くなり、メモリーマップのトポロジーを減
少させ、製造工程を簡素化できる。薄くなったフローティングゲート5の別の効
果は、ゲート中のポリシリコンのグレーンサイズがフローティングゲートの厚さ
に関係することである。より小さいグレーンをもつゲートは、より良いプログラ
ミング及びデプログラミング特性をもつが、フローティングゲート5が薄くなれ
ばなるほど、グレーンサイズは小さくなる。更に、これらは、潜在的により高い
信頼度をもつものである。
設けることにより、以下の効果を得ることができる。フローティングゲート5は
、論理ゲート5’及び15”よりも薄くなり、メモリーマップのトポロジーを減
少させ、製造工程を簡素化できる。薄くなったフローティングゲート5の別の効
果は、ゲート中のポリシリコンのグレーンサイズがフローティングゲートの厚さ
に関係することである。より小さいグレーンをもつゲートは、より良いプログラ
ミング及びデプログラミング特性をもつが、フローティングゲート5が薄くなれ
ばなるほど、グレーンサイズは小さくなる。更に、これらは、潜在的により高い
信頼度をもつものである。
【0042】
図2で示される更なる実施例では、高電圧トランジスターゲートはまた、2つ
の層6’と15’とから構成される。更に図2で示されるように、メモリーセル
3のコントロールゲートは、2つの層6と15とから成る。更なる層6と6’と
を適切な厚さで設けることにより、コントロールゲートの厚さ、高電圧トランジ
スターゲートの厚さ、及び論理トランジスターゲートの厚さとを、等しく作るこ
とが出来る。このことは、これらゲートを同じエッチング工程でパターン化する
ことができるものであり、製造工程を簡素化するものである。
の層6’と15’とから構成される。更に図2で示されるように、メモリーセル
3のコントロールゲートは、2つの層6と15とから成る。更なる層6と6’と
を適切な厚さで設けることにより、コントロールゲートの厚さ、高電圧トランジ
スターゲートの厚さ、及び論理トランジスターゲートの厚さとを、等しく作るこ
とが出来る。このことは、これらゲートを同じエッチング工程でパターン化する
ことができるものであり、製造工程を簡素化するものである。
【0043】
完全なものとするために、図3は、論理トランジスターが、フローティングゲ
ート5と同じ製造工程で作られる1つだけの層5’から構成される実施例を示し
ている。
ート5と同じ製造工程で作られる1つだけの層5’から構成される実施例を示し
ている。
【図1】
1つの基板上にあるフローティングゲートメモリセル、高電圧トランジスター
、及び論理トランジスターの構成を概略的に示す図である。
、及び論理トランジスターの構成を概略的に示す図である。
【図2】
本発明の別の実施例を示す図である。
【図3】
本発明の更なる別の実施例を示す図である。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考)
H01L 29/788
29/792
(72)発明者 ドルマンス,ハイド イェー エム
オランダ国,5656 アーアー アインドー
フェン,プロフ・ホルストラーン 6
(72)発明者 フォルテルス,ドナルド エル
オランダ国,5656 アーアー アインドー
フェン,プロフ・ホルストラーン 6
Fターム(参考) 5F048 AA05 AA07 AA09 AB01 AB03
AC03 BB01 BB06 BB07 BB16
DA09
5F083 EP02 EP23 EP55 EP56 GA27
JA04 PR43 PR44 PR45 PR53
PR54 PR55 ZA05 ZA07 ZA08
5F101 BA01 BA29 BA36 BB05 BD02
BD27 BH01 BH21
Claims (22)
- 【請求項1】 少なくとも1つのメモリーセルと少なくとも1つの論理トラ
ンジスターとを1つの基板上に製造する方法であって、 フローティングゲートと、前記フローティングゲートと前記基板との間のトン
ネル酸化物層と、コントロールゲートと、前記コントロールゲートと前記フロー
ティングゲートとの間のコントロール酸化物層とを有する前記少なくとも1つの
メモリーセルと、 論理トランジスターゲートと、前記論理トランジスターゲートと前記基板との
間の論理トランジスターゲート酸化物とを有する前記少なくとも1つの論理トラ
ンジスターとを前記基板上に製造する方法において、 前記メモリーセルの前記トンネル酸化物層と、前記論理トランジスターゲート
酸化物とは、同じ工程で作られ、同一又は実質的に同一の所定の第一の厚さを有
することを特徴とする方法。 - 【請求項2】 少なくとも1つのメモリーセルと少なくとも1つの高電圧トラン
ジスターを1つの基板上に製造する方法であって、 フローティングゲートと、前記フローティングゲートと前記基板との間のトン
ネル酸化物層と、コントロールゲートと、前記コントロールゲートと前記フロー
ティングゲートとの間のコントロール酸化物層とを有する前記少なくとも1つの
メモリーセルと、 高電圧トランジスターゲートと、前記高電圧トランジスターゲートと前記基板
との間の高電圧トランジスターゲート酸化物とを有する前記少なくとも1つの高
電圧トランジスターとを前記基板上に製造する方法において、 前記高電圧トランジスターゲート酸化物は、前記基板の上部の第一ゲート酸化
物層と、前記第一ゲート酸化物層の上部の第二ゲート酸化物層とを含み、 前記第一ゲート酸化物層と、前記メモリーセルの前記トンネル酸化物層とは、
同じ第一の工程で作られ、同一又は実質的に同一の所定の第一の厚さを有し、 前記第二ゲート酸化物層と、前記メモリーセルの前記コントロール酸化物層と
は、同じ第二の工程で作られ、同一又は実質的に同一の所定の第二の厚さを有す
ることを特徴とする方法。 - 【請求項3】 前記方法はさらに、前記基板上に、少なくとも1つの論理ト
ランジスターを製造することを含み、 前記少なくとも1つの論理トランジスターは、論理トランジスターゲートと、
前記論理トランジスターゲート及び前記基板との間に論理トランジスターゲート
酸化物とを有する方法において、 前記論理トランジスターゲート酸化物も、前記第一の工程と同じ工程で作られ
、前記同一又は実質的に同一の所定の第一の厚さを有することを特徴とする請求
項2記載の方法。 - 【請求項4】 前記第一の厚さは、2nmと10nmの間であることを特徴
とする請求項1乃至3のうちいずれか一項記載の方法。 - 【請求項5】 前記第一の厚さは、4nmと8nmの間であることを特徴と
する請求項4記載の方法。 - 【請求項6】 前記フローティングゲートは、1×1020cm−3以下の
ドーピング濃度、望ましくは、4×1019cm−3以下のドーピング濃度を有
することを特徴とする請求項1乃至5いずれか一項記載の方法。 - 【請求項7】 前記論理ゲートトランジスターは、前記論理トランジスター
ゲート酸化物の上部に第一のゲート層と、前記第一のゲート層の上部に第二ゲー
ト層とを有することを特徴とする請求項1乃至6いずれか一項記載の方法。 - 【請求項8】 前記第一のゲート層と前記第二ゲート層とは、同時に作られ
、同一又は実質的に同一の所定の第三の厚さを有し、同一又は実質的に同一の所
定のドーピング濃度を有することを特徴とする請求項7記載の方法。 - 【請求項9】 前記論理ゲートトランジスターは、前記論理トランジスター
ゲート酸化物の上部に第一のゲート層と、前記第一のゲート層の上部に第二のゲ
ート層とを有し、前記第一のゲート層と前記フローティングゲートは、同時に作
られ、同一又は実質的に同一の所定の第三の厚さを有し、同一又は実質的に同一
の所定のドーピング濃度を有し、前記第二のゲート層と前記高電圧トランジスタ
ーゲートは同時に作られ、同一又は実質的に同一の所定の第四の厚さを有するこ
とを特徴とする請求項3記載の方法。 - 【請求項10】 前記高電圧トランジスターゲートは、前記高電圧トランジ
スターゲート酸化物の上部の第一の高電圧トランジスターゲート層と、前記第一
の高電圧トランジスターゲート層の上部の第二の高電圧トランジスターゲート層
とを有し、前記第一の高電圧トランジスターゲート層と前記第一のゲート層は同
時に作られ、同一又は実質的に同一の所定の第五の厚さを有することを特徴とす
る請求項9記載の方法。 - 【請求項11】 前記コントロールゲートは、前記コントロール酸化物層の
上部に第一のコントロールゲート層と、前記第一のコントロールゲート層の上部
に第二のコントロールゲート層とを有し、前記第一のコントロールゲート層と前
記第一のゲート層は同時に作られ、同一又は実質的に同一の所定の第五の厚さを
有することを特徴とする請求項10記載の方法。 - 【請求項12】 1つの基板上に、少なくとも1つのメモリーセルと少なく
とも1つの論理トランジスターとを有し、 前記少なくとも1つのメモリーセルは、フローティングゲートと、前記フロー
ティングゲートと前記基板との間のトンネル酸化物層と、コントロールゲートと
、前記コントロールゲートと前記フローティングゲートとの間のコントロール酸
化物層とを有し、 前記少なくとも1つの論理トランジスターは、論理トランジスターゲートと、
前記論理トランジスターゲートと前記基板との間の論理トランジスターゲート酸
化物とを有する半導体装置において、 前記メモリーセルの前記トンネル酸化物層と、前記論理トランジスターゲート
酸化物とは、同一又は実質的に同一の所定の第一の厚さを有することを特徴とす
る半導体装置。 - 【請求項13】 1つの基板上に、少なくとも1つのメモリーセルと少なく
とも1つの高電圧トランジスターとを有し、 前記少なくとも1つのメモリーセルは、フローティングゲートと、前記フロー
ティングゲートと前記基板との間のトンネル酸化物層と、コントロールゲートと
、前記コントロールゲートと前記フローティングゲートとの間のコントロール酸
化物層とを有し、 前記少なくとも1つの高電圧トランジスターは、高電圧トランジスターゲート
と、前記高電圧トランジスターゲートと前記基板との間の高電圧トランジスター
ゲート酸化物とを有し、 前記高電圧トランジスターゲート酸化物は、前記基板の上部の第一ゲート酸化
物層と、前記第一ゲート酸化物層の上部の第二ゲート酸化物層とを有し、 前記第一ゲート酸化物層と、前記メモリーセルの前記トンネル酸化物層とは、
同一又は実質的に同一の所定の第一の厚さを有し、 前記第二ゲート酸化物層と、前記メモリーセルの前記コントロール酸化物層と
は、同一又は実質的に同一の所定の第二の厚さを有することを特徴とする半導体
装置。 - 【請求項14】 前記半導体装置はさらに、前記基板上に、少なくとも1つ
の論理トランジスターを含み、 前記少なくとも1つの論理トランジスターは、論理トランジスターゲートと、
前記論理トランジスターゲートと前記基板との間に論理トランジスターゲート酸
化物とを有する半導体装置において、 前記論理トランジスターゲート酸化物は、前記同一又は実質的に同一の所定の
第一の厚さを有することを特徴とする請求項13記載の半導体装置。 - 【請求項15】 前記第一の厚さは、2nmと10nmの間であることを特
徴とする請求項12乃至14いずれか一項記載の半導体装置。 - 【請求項16】 前記第一の厚さは、4nmと8nmの間であることを特徴
とする請求項15記載の半導体装置。 - 【請求項17】 前記フローティングゲートは、1×1020cm−3以下
のドーピング濃度、望ましくは、4×1019cm−3以下のドーピング濃度を
有することを特徴とする請求項12乃至16いずれか一項記載の半導体装置。 - 【請求項18】 前記論理ゲートトランジスターは、前記論理トランジスタ
ーゲート酸化物の上部に第一のゲート層と、前記第一のゲート層の上部に第二ゲ
ート層とを有することを特徴とする請求項12乃至17いずれか一項記載の半導
体装置。 - 【請求項19】 前記第一のゲート層と前記第二ゲート層とは、同一又は実
質的に同一の所定の第三の厚さを有し、同一又は実質的に同一の所定のドーピン
グ濃度を有することを特徴とする請求項18記載の半導体装置。 - 【請求項20】 前記論理ゲートトランジスターは、前記論理トランジスタ
ーゲート酸化物の上部に第一のゲート層と、前記第一のゲート層の上部に第二の
ゲート層とを有し、前記第一のゲート層と前記フローティングゲートは、同一又
は実質的に同一の所定の第三の厚さを有し、同一又は実質的に同一の所定のドー
ピング濃度を有し、前記第二のゲート層と前記高電圧トランジスターゲートとは
同一又は実質的に同一の所定の第四の厚さを有することを特徴とする請求項14
記載の半導体装置。 - 【請求項21】 前記高電圧トランジスターゲートは、前記高電圧トランジ
スターゲート酸化物の上部の第一の高電圧トランジスターゲート層と、前記第一
の高電圧トランジスターゲート層の上部の第二の高電圧トランジスターゲート層
とを有し、前記第一の高電圧トランジスターゲート層と前記第一のゲート層とは
同一又は実質的に同一の所定の第五の厚さを有することを特徴とする請求項20
記載の半導体装置。 - 【請求項22】 前記コントロールゲートは、前記コントロール酸化物層の
上部に第一のコントロールゲート層と、前記第一のコントロールゲート層の上部
に第二のコントロールゲート層とを有し、前記第一のコントロールゲート層と前
記第一のゲート層とは同一又は実質的に同一の所定の第五の厚さを有することを
特徴とする請求項21記載の半導体装置。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
EP99204452.9 | 1999-12-21 | ||
EP99204452 | 1999-12-21 | ||
PCT/EP2000/012448 WO2001047012A1 (en) | 1999-12-21 | 2000-12-07 | Non-volatile memory cells and periphery |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2003518742A true JP2003518742A (ja) | 2003-06-10 |
Family
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2001547648A Withdrawn JP2003518742A (ja) | 1999-12-21 | 2000-12-07 | 不揮発性のメモリーセルと周辺部 |
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Country | Link |
---|---|
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JP (1) | JP2003518742A (ja) |
KR (1) | KR20010102269A (ja) |
TW (1) | TW530415B (ja) |
WO (1) | WO2001047012A1 (ja) |
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