JP2004111891A - スプリットゲートフラッシュメモリセル及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】基板上にトンネル酸化物層を形成した後、トンネル酸化物層の一部上に導電材料からなるピークフローティングゲート層を形成する。ピークフローティングゲート層上にゲート間絶縁層及び制御ゲート層を形成した後、制御ゲート層、ゲート間絶縁層、ピークフローティングゲート層及びトンネル酸化物層を順次エッチングして、制御ゲート、ゲート間絶縁領域、ピークフローティングゲート及びトンネル酸化物領域を形成する。セルフアライン技法を用いてトンネル酸化物領域に隣接するソース及びドレインを形成する。
【選択図】 図3
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、スプリットゲートフラッシュメモリセル及びその製造方法に関し、特に、ピークフローティングゲート(peak floating gate)を備えるスプリットゲートフラッシュメモリセル及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
メモリセルの形状及び大きさが相違すれば、メモリセルがそれぞれ異なって動作する。従って、1つのトランジスタ及び1つのコンデンサを備える単一トランジスタメモリセルのような簡単なセルも様々に変形され、セルの大きさを減少させると共に、その性能を向上させることができるようになった。このような変形は、単一、二重、または三重ポリシリコン層を備えるコンデンサを形成する複数の方法と、ワード線及びビット線用の複数の材料とを含む。
【0003】
メモリ素子は、フラッシュ電気的消去及びプログラム可能な読み取り専用メモリ(electrically erasable and electrically programmable read−only memory:EEPROM)(flash EEPROM)のようなEEPROMを含む。多くのフラッシュEEPROMは、フローティングゲートまたはスペーサーに整列されるソース領域及びドレイン領域を有する。
【0004】
図1は、米国特許第5,970,371号に開示された通常的なスプリットゲートフラッシュメモリセルを示す。
【0005】
予め定められたソース11及びドレイン13のような多数の活性領域を備える基板10上に、トンネル酸化物層20が形成される。次に、トンネル酸化物層20上にポリシリコン層30が蒸着される。ポリシリコン層30の一部が局所シリコン酸化(local oxidation of silicon:LOCOS)工程を用いて酸化され、LOCOSポリ酸化物35を形成する。LOCOSポリ酸化物35をハードマスクとして用い、LOCOSポリ酸化物35により被覆されていないポリシリコン層30の残り部をエッチングする。LOCOSポリ酸化物35の形状はオーバーエッチングを行った後にも一般的に丸い形状であるので、ポリシリコン層30は鋭い突出部(beak)37を有するフローティングゲート30になる。ゲート間酸化物層60が蒸着された後、ポリシリコンからなる制御ゲート70がゲート間酸化物層60の一部上に形成される。
【0006】
スプリットゲートフラッシュメモリセルをプログラムするため、ソース11にある電荷がトンネル酸化物層20を介してフローティングゲート30に伝達される。一方、スプリットゲートフラッシュメモリセルを消去するためには、フローティングゲート30にある電荷がゲート間酸化物層60を介して制御ゲート70に移動しなければならない。
【0007】
しかし、LOCOSポリ酸化物35が丸くてフローティングゲート30の鋭い突出部37を形成するので、フローティングゲート30と制御ゲート70との間の酸化物の厚さが均一ではない。また、制御ゲート70とフローティングゲート30が別々に形成されるため、制御ゲート70がフローティングゲート30を完全に被覆しないので、フローティングゲート30と制御ゲート70との間の結合比を減少させることができなく、従ってスプリットゲートフラッシュメモリセルのプログラミング/消去効率が極端に減少する。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、前記のような従来技術の問題点を解決するためにピークフローティングゲートと制御ゲートとの間の結合比を向上させたピークフローティングゲートを備えるスプリットゲートフラッシュメモリセル及びその製造方法を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明は基板を提供する工程と、前記基板上にトンネル酸化物層を形成する工程と、前記トンネル酸化物層の一部上に導電材料からなるピークフローティングゲート層を形成し、前記ピークフローティングゲート層はその上部にピーク構造を有する工程と、前記ピークフローティングゲート層及び前記トンネル酸化物層の残り部上にゲート間絶縁層をコーティングし、前記ゲート間絶縁層上に導電材料からなる制御ゲート層を塗布する工程と、前記制御ゲート層上に制御ゲートパターンを形成する工程と、前記制御ゲートパターンを用いて前記基板に到達するまで前記制御ゲート層、前記ゲート間絶縁層、前記ピークフローティングゲート層及び前記トンネル酸化物層を順次エッチングして、制御ゲート、ゲート間絶縁領域、ピークフローティングゲート及びトンネル酸化物領域を生成する工程と、セルフアライン技法を用いて前記トンネル酸化物領域に隣接するソース及びドレインを形成する工程とを含む。
【0010】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。
【0011】
図2a〜図2kは、本発明の好適な実施の形態によるスプリットゲートフラッシュメモリセルの製造方法を示す。
【0012】
図2aを参照すれば、好ましくはシリコン基板である基板100が提供され、基板100上にトンネル酸化物層102が熱成長する。具体的に、熱酸化工程または大気または減圧化学的気相成長法(low pressure chemical vapor deposition:LPCVD)工程を用いて、トンネル酸化物層102が形成される。
【0013】
LPCVDを用いてSiH4を還元させ、トンネル酸化物層102上に例えばポリシリコンのような導電材料からなるフローティングゲート層104が蒸着される。フローティングゲート層104上にシリコン窒化物のような絶縁材料からなる第1絶縁層106が蒸着される。
【0014】
図2bを参照すれば、第1絶縁層106上にフォトレジスト層が塗布された後、フォトレジスト層が成長(develop)されるので、フォトレジスト層はフローティングゲート層が形成される予定の領域に対応するパターンを有する第1フォトレジストパターン107になる。第1フォトレジストパターン107を用いて、第1絶縁層106の一部をフローティングゲート層104までエッチングすることで、絶縁パターン層106aを形成することができる。その後、第1フォトレジストパターン107を除去する。
【0015】
図2cを参照すれば、乾式エッチング工程で絶縁パターン層106aをマスクとして用いてフローティングゲート層104の予め定められた部分をトンネル酸化物層102まで急勾配にエッチングし、トンネル酸化物層の一部の上部表面を露出しながら傾斜側壁110aを有する傾斜パターンフローティングゲート層104aを形成することができる。
【0016】
図2dを参照すれば、絶縁パターン層106aの上部表面及び側壁、傾斜パターンフローティングゲート層104aの傾斜側壁110a及びトンネル酸化物層102の露出された上部表面全体に、例えばシリコン窒化物のような絶縁材料からなる第2絶縁層108を共形的に蒸着する。その後、図2eに示すように、第2絶縁層108を乾式エッチングすることで、少なくとも傾斜パターンフローティングゲート層104aの傾斜側壁110aを被覆する絶縁材料からなる絶縁スペーサー108aを形成する。必要であれば、絶縁スペーサー108aは絶縁パターン層106aの側壁にも形成することができる。絶縁スペーサー108aは、絶縁パターン層106aと異なるエッチング選択度を有する材料で作るのが望ましい。
【0017】
図2fを参照すれば、絶縁パターン層106aを湿式エッチング工程を用いて除去する。
【0018】
図2gを参照すれば、傾斜パターンフローティングゲート層104aを乾式エッチング工程を用いて所定の深さまで急勾配にエッチングし、ピーク110を有するピークフローティングゲート層104bを形成する。ピーク110を斜めに形成するため、絶縁スペーサー108aが近いほど傾斜パターンフローティングゲート層104aを少なくエッチングする。
【0019】
図2hを参照すれば、絶縁スペーサー108aを湿式エッチング工程を用いて除去し、上部にピーク110を有するピークフローティングゲート層104bがトンネル酸化物層102の一部上に形成される。ピーク110は、後述のようにスプリットゲートフラッシュメモリセルのソース及びドレインの中間領域に形成するのが望ましい。ピーク110は後述するように、ドレインの近くに形成するのがより望ましい。
【0020】
図2iを参照すれば、トンネル酸化物層102の露出された上部表面及びピークフローティングゲート層104bの上部に絶縁材料からなるゲート間(inter−gate)絶縁層112が共形的に被覆される。ゲート間絶縁層112は均等に薄いものが好ましい。その後、ゲート間絶縁層112上に導電材料からなる制御ゲート層114が共形的に塗布される。ゲート間絶縁層112は、例えば酸化物/窒化物/酸化物からなる1つ以上の複合誘電薄膜で作り、制御ゲート層114は単一または複合ポリシリコン、または金属で作るのが好ましい。
【0021】
図2jを参照すれば、第2フォトレジストパターン116が制御ゲート層114上に形成される。第2フォトレジストパターン116はチャンネル領域と同じ大きさを有するのが好ましいが、チャンネル領域は後述するように、スプリットゲートフラッシュメモリセルのソースとドレインの間の領域である。従って、第2フォトレジストパターン116はピークフローティングゲート層104bのピーク110上に位置するのが好ましい。
【0022】
図2kを参照すれば、第2フォトレジストパターン116を用いて制御ゲート層114、ゲート間絶縁層112、ピークフローティングゲート層104b及びトンネル酸化物層102を基板100に到達するまで、例えば乾式エッチング工程を用いてエッチングし、制御ゲート114a、ゲート間絶縁領域112a、ピークフローティングゲート104c、トンネル酸化物領域102aを順次に形成することができる。第2フォトレジストパターン116が制御ゲート114aと同じ大きさを有するのは当然であるので、第2フォトレジストパターン116が制御ゲートパターンに称されることもある。
【0023】
トンネル酸化物領域102aを用いて基板100内にセルフアラインイオン打ち込み工程でドレイン118a及びソース118bを形成し、基板100をドレイン118a、ソース118b及びドレイン118aとソース118bとの間に位置するチャンネル領域118cに分ける。具体的に、nチャンネルスプリットゲートフラッシュメモリセルに高濃度の例えばPまたはAsからなるn型ドーパント(dopant)を打ち込み、n+ドレイン118a及びn+ソース118bを形成する。
【0024】
ゲート間絶縁領域112aは蒸着工程を用いて薄く均一に形成し、制御ゲート114aはピークフローティングゲート104cを完全に被覆するので、制御ゲート114aとピークフローティングゲート104cとの間の結合比が増加し、スプリットゲートフラッシュメモリセルの消去効率を向上させることができる。
【0025】
図3は、本発明によるスプリットゲートフラッシュメモリセルの製造工程を用いて製造したスプリットゲートフラッシュメモリセルを示す。
【0026】
トンネル酸化物領域102aが基板100の一部領域上に形成される。トンネル酸化物領域102aをセルフアラインマスクとして用い、セルフアラインイオン打ち込み工程でソース118b及びドレイン118aを形成する。トンネル酸化物領域102a下に位置する基板100の一部領域がチャンネル領域118cに相当するので、チャンネル領域118cの両端はそれぞれソース118b及びドレイン118aに隣接するようになる。
【0027】
ピーク110を有する導電材料からなるピークフローティングゲート104cがトンネル酸化物領域102aの一部上に形成される。ピーク110はトンネル酸化物領域102aの中間部の周りに位置するのが好ましい。ピーク110はドレイン118aの近くに位置するのがより好ましい。
【0028】
トンネル酸化物領域102aの残り部及びピークフローティングゲート104cの上部表面上にゲート間絶縁領域112aが薄い厚さで共形的に形成される。ゲート間絶縁領域112aが制御ゲート114aにより完全に被覆される。
【0029】
ドレイン118a、ソース118b及び制御ゲート114aが各々ドレイン電圧D、ソース電圧S及び制御電圧Gに接続する。制御ゲートに高電圧Gが印加されると、高電場がピーク110の周りに形成されるので、電荷がピークフローティングゲート104cから制御ゲート114aに伝送され、消去速度を増加させることができる。
【0030】
上記において、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明の請求範囲を逸脱することなく、当業者は種々の改変をなし得るであろう。
【0031】
【発明の効果】
ゲート間絶縁領域が蒸着工程を用いて薄く均一に形成され、制御ゲートがピークフローティングゲートを完全に被覆するので、制御ゲートとピークフローティングの間の結合比が増加し、スプリットゲートフラッシュメモリセルの消去効率が向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来技術によるスプリットゲートフラッシュメモリセルの断面図である。
【図2】図2a〜図2kは、本発明によるスプリットゲートフラッシュメモリセルの製造工程を説明するための断面図である。
【図3】本発明によるスプリットゲートフラッシュメモリセルの断面図である。
【符号の説明】
100 基板、 102 トンネル酸化物層、 102a トンネル酸化物領域、 104 フローティングゲート層、 104a 傾斜パターニングフローティングゲート層、 104b,104c ピークフローティングゲート層、 106 第1絶縁層、 106a 絶縁パターン層、 107 第1フォトレジストパターン、 108 第2絶縁層、 108a 絶縁スペーサ、 110a傾斜側壁、 110 ピーク、 112 ゲート間絶縁層、 114 制御ゲート層、 116 第2フォトレジストパターン、 118a ソース、 118b ドレイン、 118c チャネル領域。
Claims (10)
- (a)基板を提供する工程と、
(b)前記基板上にトンネル酸化物層を形成する工程と、
(c)前記トンネル酸化物層の一部上に導電材料からなるピークフローティングゲート層を形成し、前記ピークフローティングゲート層はその上部にピーク構造を有する工程と、
(d)前記ピークフローティングゲート層及び前記トンネル酸化物層の残り部上にゲート間絶縁層をコーティングし、前記ゲート間絶縁層上に導電材料からなる制御ゲート層を塗布する工程と、
(e)前記制御ゲート層上に制御ゲートパターンを形成する工程と、
(f)前記制御ゲートパターンを用いて前記基板に到達するまで前記制御ゲート層、前記ゲート間絶縁層、前記ピークフローティングゲート層及び前記トンネル酸化物層を順次エッチングして、制御ゲート、ゲート間絶縁領域、ピークフローティングゲート及びトンネル酸化物領域を生成する工程と、
(g)セルフアライン技法を用いて前記トンネル酸化物領域に隣接するソース及びドレインを形成する工程とを含むことを特徴とするスプリットゲートフラッシュメモリセルの製造方法。 - 前記工程(c)は、
(c1)前記トンネル酸化物層上に導電材料からなるフローティングゲート層を蒸着する工程と、
(c2)前記フローティングゲート層上に絶縁材料からなるマスク層を形成する工程と、
(c3)前記マスク層を用いて、前記フローティングゲート層の予め定められた部分を前記トンネル酸化物層まで急勾配にエッチングし、傾斜側壁を有する傾斜パターンフローティングゲート層を形成する工程と、
(c4)絶縁材料からなるスペーサーを形成して前記傾斜パターンフローティングゲート層の少なくとも前記傾斜側壁を被覆し、前記マスク層を除去する工程と、
(c5)前記スペーサーを用いて、前記傾斜パターンフローティングゲート層を予め定められた深さまで急勾配にエッチングして、上部に前記ピーク構造を有する前記ピークフローティングゲート層を形成し、前記スペーサーを除去する工程とを含むことを特徴とする請求項1に記載のスプリットゲートフラッシュメモリセルの製造方法。 - 前記ピーク構造は、前記ドレインの周りに位置することを特徴とする請求項1に記載のスプリットゲートフラッシュメモリセルの製造方法。
- 前記マスク層は、前記スペーサーと異なるエッチング選択度を有することを特徴とする請求項2に記載のスプリットゲートフラッシュメモリセルの製造方法。
- ソース、ドレイン及び前記ソースと前記ドレインとの間のチャンネル領域で形成された基板と、
前記チャンネル領域上に形成されたトンネル酸化物領域と、
前記トンネル酸化物領域の一部上に導電材料から形成され、その上部にピーク構造を有するピークフローティングゲートと、
前記トンネル酸化物領域の残り部及び前記ピークフローティングゲート上に形成されたゲート間絶縁領域と、
前記ゲート間絶縁領域上に形成された導電材料からなる制御ゲートとを含み、
前記制御ゲート、前記ゲート間絶縁領域、前記ピークフローティングゲート及び前記トンネル酸化物領域が前記チャンネル領域と同じ大きさを有するマスクを用いて形成されることを特徴とするスプリットゲートフラッシュメモリセル。 - 前記ピーク構造は前記ドレインの周りに位置することを特徴とする請求項5に記載のスプリットゲートフラッシュメモリセル。
- 請求項1の方法により製造されたスプリットゲートフラッシュメモリセルであって、
ソース、ドレイン及び前記ソースと前記ドレインとの間のチャンネル領域で形成された基板と、
前記チャンネル領域上に形成されたトンネル酸化物領域と、
前記トンネル酸化物領域の一部上に導電材料から形成され、その上部にピーク構造を有するピークフローティングゲートと、
前記トンネル酸化物領域の残り部及び前記ピークフローティングゲート上に形成されたゲート間絶縁領域と、
前記ゲート間絶縁領域上に形成された導電材料からなる制御ゲートとを含み、
前記制御ゲート、前記ゲート間絶縁領域、前記ピークフローティングゲート及び前記トンネル酸化物領域が前記チャンネル領域と同じ大きさを有するマスクを用いて形成されることを特徴とするスプリットゲートフラッシュメモリセル。 - 前記工程(c)は、
(c1)前記トンネル酸化物層上に導電材料からなるフローティングゲート層を蒸着する工程と、
(c2)前記フローティングゲート層上に絶縁材料からなるマスク層を形成する工程と、
(c3)前記マスク層を用いて、前記フローティングゲート層の予め定められた部分を前記トンネル酸化物層まで急勾配にエッチングし、傾斜側壁を有する傾斜パターンフローティングゲート層を形成する工程と、
(c4)絶縁材料からなるスペーサーを形成して前記傾斜パターンフローティングゲート層の少なくとも前記傾斜側壁を被覆し、前記マスク層を除去する工程と、
(c5)前記スペーサーを用いて、前記傾斜パターンフローティングゲート層を予め定められた深さまで急勾配にエッチングして、上部に前記ピーク構造を有する前記ピークフローティングゲート層を形成し、前記スペーサーを除去する工程とを含むことを特徴とする請求項7に記載のスプリットゲートフラッシュメモリセル。 - 前記ピーク構造が前記ドレインの周りに位置することを特徴とする請求項7に記載のスプリットゲートフラッシュメモリセル。
- 前記マスク層が前記スペーサーと異なるエッチング選択度を有することを特徴とする請求項8に記載のスプリットゲートフラッシュメモリセル。
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