JP2004111892A - フラッシュメモリ装置及びその製造方法ならびにフラッシュメモリ装置用トランジスタ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】半導体基板と、ドレイン領域と、フローティングゲートと、ゲート間絶縁膜と、コントロールゲートとを含むフラッシュメモリ装置用セルトランジスタであって、前記フローティングゲートは、前記ソース領域にはみ出されているチップを備えることを特徴とするセルトランジスタを提供する。
【選択図】 図3
Description
【発明の属する技術分野】
本発明はフラッシュメモリ装置及びその製造方法、ならびにフラッシュメモリ装置用トランジスタに関し、更に詳しくは、消去効率が向上されたフラッシュメモリ装置及びその製造方法、ならびに、そのフラッシュメモリに用いられるトランジスタに関する。
【0002】
【従来の技術】
不揮発性のメモリ装置は、電給が中断されてもメモリセルに格納された情報を失わない。このような特性のため、不揮発性のメモリ装置は、例えば、コンピュータ、デジタルカメラ及び携帯用電話に広く用いられている。フラッシュメモリ装置は、典型的な不揮発性のメモリ装置の一つである。
【0003】
フラッシュメモリ装置は、EEPROM(electrically erasable programmable read only memory)の変形であり、EEPROMのメモリはセクタ単位であるバイアスによって消去される。メモリセルの状態またはデータは、セルのゲート構造体に格納された電子の数によって決定される。セルのデータは、ゲート構造体とソース(または、ドレイン)との間に強い電場を印加して電荷を移動させることにより、変更させる。ゲート構造体から電子を除去するプロセスを消去作用と称し、ゲート構造体内に電荷を集めるプロセスをプログラム作用と称する。
【0004】
フラッシュメモリ装置は、スタックゲート構造、或いはスプリットゲート構造に分類される。スタックゲート方式のフラッシュメモリは、フラッシュメモリのうち最も一般に用いられるセルで、駆動電圧を支えるためのコントロールゲートと、電子を格納するためのフローティングゲートとを含む。前記コントロールゲートは、前記フローティング上に単純に積層される。スプリットゲート方式のフラッシュメモリは、選択ゲートとフローティングゲートとを含む。前記選択ゲートの一部が前記フローティングゲートと重なり、選択ゲートの他部が基板の表面に形成される。
【0005】
図1では、典型的なスタックゲート方式のフラッシュメモリ装置のセルアレイを示す。前記構造は、多数の水平ワードライン(WL1−WLm)と、多数の垂直ビットライン(BL1−BLi)とを含み(m、iは整数)、前記ワードライン及びビットラインの交差領域の各々には、一つのメモリセル領域が定義される。各々のメモリセル領域に設けられるのは、ソースS、ドレインD及びゲートGを備えるセルトランジスタTである。各々のセルトランジスタTのソースSは、共通ソースライン「SL」に、ドレインDは該ビットラインに、ゲートGは該ワードラインに電気的に接続される。
【0006】
図2は、従来の技術による図1のセルトランジスタTの断面図を示す。各々のソースS及びドレインDとして作用するソース領域7a及びドレイン領域7bが半導体基板2上に位置される。前記半導体基板2上には、ゲートまたはトンネルオキサイド3、フローティングゲート4、ゲート間絶縁膜5及びコントロールゲート6が連続的に位置される。介在されたチャンネル領域により、前記ドレイン領域7bは、前記ソース領域7aから離隔される。前記フローティングゲート4は、ソース領域7a及びドレイン領域7bの互いに対向する端部と重なり得る。
【0007】
前記セルトランジスタT(図1)の典型的なプログラム作用において、第1プログラム電圧(例えば、10V)が該ワードラインを介してコントロールゲート6に印加され、第2プログラム電圧(例えば、6V)が該ビットラインを介してドレイン領域7bに印加される。このとき、前記ソース領域7aと半導体基板2は接地される。第1及び第2プログラムの電圧は、ドレイン領域7bに隣接するチャンネル領域の電子がゲートオキサイド3を介してフローティングゲート4に注入されて格納されるように誘導する。消去作用において、第1消去電圧(例えば、6V)がソースラインSLを介してソース領域7aに印加され、第2消去電圧(例えば、−9V)が該ゲートラインに印加されることにより、フローティングゲート4に格納された電子がトンネルオキサイド3を介してソース領域7aに消去される。
消去電圧を高めたり、又はトンネルオキサイドの厚さを減少させると、上述したスタックゲートセールトランジスタの消去効率を向上させることができる。しかしながら、高消去電圧、或いは、薄厚のトンネルオキサイドは、フラッシュメモリ装置の寿命を低下させる。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、寿命を低下せずに向上された消去効率を有するフラッシュメモリ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】
上記目的を達成するために、本発明の一実施の形態は、溝を備える半導体基板と、前記半導体基板に位置し、前記溝が前記ソース領域の一端部に引込むソース領域と、前記ソース領域の一端部に対向し、前記半導体基板に位置するドレイン領域と、前記基板上に位置するゲート絶縁膜と、前記ゲート絶縁膜上に連続的に形成されるフローティングゲート、ゲート間絶縁膜及びコントロールゲートとを含み、前記フローティングゲートは、前記ソース領域及びドレイン領域に対向する端部と重なり、前記フローティングゲートの一部が前記ソース領域内の前記溝を充填するようにはみ出していることを特徴とするフラッシュメモリ装置用セルトランジスタを提供する。
【0010】
本発明の他の実施の形態は、半導体基板に溝を形成する段階と、前記溝と重なるソース領域を前記半導体基板に形成する段階と、ゲート絶縁膜、前記半導体基板の溝を充填するフローティングゲート、ゲート間絶縁膜及びコントロールゲートを前記半導体基板上に連続的に形成する段階と、前記半導体基板にドレイン領域を形成する段階とを含むことを特徴とするセルトランジスタ製造方法を提供する。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下、図3ないし図4を参照して本発明の好適な実施の形態によるスタックゲート方式のフラッシュメモリ装置及びその製造方法を詳細に説明する。図面において、同機能を有する構成要素については、同一符号を付する。
【0012】
図3では、本発明の好適な実施の形態によるスタックゲート方式のフラッシュメモリ装置のセルトランジスタ10は、溝108を備える半導体基板100を含む。チャンネル領域に介在するソース領域112とドレイン領域122が基板に形成されており、ゲート絶縁膜114、チップ116bを備えるフローティングゲート116a、ゲート間絶縁膜118a及びコントロールゲート120aが基板上に連続的に形成されている。ゲート絶縁膜114は、フローティングゲート116aの下にのみ位置される。このとき、ソース領域112とドレイン領域122は、別途の絶縁膜によって覆われる。
【0013】
ソース領域112とドレイン領域122は、端部において互いに対向するように位置され、両者間にはチャネル領域が介在される。溝108は、ソース領域112の端部に提供されるため、ソース領域112は前記端部でより厚い。フローティングゲート116aは、ソース領域112とドレイン領域122の前記端部と重なる。
【0014】
溝108は、望ましくは、V状、U状または長方形であり、フローティングゲート116aのチップ116bは、溝108と同状である。セルトランジスタ10のチャンネルの長さが略0.6μm以上に設定される場合、溝108は、望ましくは、深さが略0.1μm〜0.2μm(ソース領域112の上面から下方に測定)、幅が略0.1μm〜0.2μm(ソース領域112の上面上で測定)であるように形成される。フローティングゲート116aは、望ましくは、ソース領域112と幅が略0.4μm〜0.6μmの範囲で重なるように位置される。
【0015】
消去電圧がソース領域112とコントロールゲート120aに印加されると、フローティングゲート116aのチップ116bに強い電場が誘導される。よって、セルトランジスタ10の消去効率が向上され得る。
【0016】
図4aないし図4jを参照して、図3に示されたセルトランジスタを製造するための連続的な工程を説明する。
【0017】
図4aで、バッファ層102とエッチングマスク層104が半導体基板100上に連続的に形成される。バッファ層102とエッチングマスク層104は、別の食刻選択比を有することが望ましい。例えば、バッファ層102が酸化ケイ素として形成される場合、エッチングマスク層104は、シリコン窒化物として形成され得る。図4bで、エッチングマスク層104は、写真食刻工程でパターニングされることにより、開口部104aが貫通して形成される。開口部104aを介してバッファ層102の該部分が露出される。
【0018】
図4cで、ブランケット蒸着及び絶縁物質エッチングにより、スペーサ106が開口部104aの側壁に形成される。スペーサ106とエッチングマスク層104の絶縁物質は、同一または別の食刻選択比を有することができる。例えば、シリコン窒化物がスペーサ106とエッチングマスク層104の絶縁物質として選択され得る。この段階で、スペーサ106によってバッファ層102の露出部の幅が減少される。バッファ層102の露出部の幅が図3に示された溝108の幅を決定するため、この段階での露出部の幅の縮小によって、セルの大きさを減らすことができる。
【0019】
図4dで、バッファ層102の露出部が除去され、乾式食刻または湿式食刻によって半導体基板100に溝108が形成される。溝108は、V状、U状または長方形であり得る。好適な実施の形態によるセルトランジスタが略0.6μm以上のチャンネル長さを有する場合、溝108は、望ましくは、深さが略0.1μm〜0.2μm、幅が略0.1μm〜0.2μmであるように形成される。図4eで、エッチングマスク層104とスペーサ106は除去される。
【0020】
図4fで、バッファ層102の一部を覆うように第1フォトレジストパターン110が形成された後、バッファ層102の覆われていない部分を通ってソースドープ剤を注入することにより、ソース領域112が形成される。ソース領域112の形成の際、高密度のN−タイプ注入が用いられることができる。このとき、好適な実施の形態によるセルトランジスタはN−チャンネル方式になる。N−タイプのドープ剤、例えば、リンP又は砒素AsがN−タイプ注入に使用される。
【0021】
図4gで、第1フォトレジストリパターン110とバッファ層102が除去された後、図3のフローティングゲート116aの下でトンネルオキサイドとして作用するゲート絶縁膜114が熱酸化によって半導体基板100の上部表面を覆うように形成される。その後、第1伝導層116、他の絶縁膜118及び第2伝導層120が連続的にゲート絶縁膜114上に形成される。第1伝導層116は、半導体基板100の溝108を充填するチップ116bを備える。
【0022】
第1及び第2伝導層116、120の各々は、ドーピングされたポリシリコン又は金属で形成される単層又は多層構造であり得る。絶縁膜118は、酸化ケイ素、シリコン窒化物、又はTA2O5のような高誘電性の材質で形成される単層又は多層構造であり得る。
【0023】
図4hで、セルトランジスタのゲート領域を決定するための第2フォトレジストパターン124が第2伝導層120上に形成され、このとき、第2フォトレジストパターン124は、溝108の上方に位置される。その後、第2フォトレジストパターン124をマスクとして使用して第1伝導層116、絶縁膜118及び第2伝導層120をパターニングすることにより、第4iに示すように、フローティングゲート116a、ゲート間絶縁膜118a及びコントロールゲート120aが各々形成される。第2フォトレジストパターン124が溝108の上方に位置するため、第2フォトレジストパターン124を用いて形成されたコントロールゲート120aとフローティングゲート116aもソース領域112の端部の上方に位置される。
【0024】
図4jで、ソース領域112を覆うための第3フォトレジストパターン(図示せず)が形成された後、ゲート絶縁膜114を通ってドレインドープ剤が半導体基板100に注入されることにより、ドレイン領域122が基板に形成される。ドレイン領域122の形成にも高密度N−タイプ注入が用いられる。このとき、N−タイプのドープ剤、例えば、リンP又は砒素Asが使用される。第3フォトレジストパターンは、ドレイン領域122の形成後に除去される。
【0025】
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。
【0026】
【発明の効果】
本発明によれば、ソース領域にはみ出されたチップを備えるフローティングゲートによってフラッシュメモリ装置の消去効率が向上されるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】スタックゲート方式のフラッシュメモリ装置のアレイを示す概略図である。
【図2】従来のスタックゲート方式のセルトランジスタの断面図である。
【図3】本発明の好適な実施の形態によるスタックゲート方式のフラッシュメモリ装置のセルトランジスタの断面図である。
【図4】図4a〜図4jは図3のセルトランジスタの製造方法を連続的に示す断面図である。
【符号の説明】
10 セルトランジスタ
100 基板
112 ソース領域
114 ゲート絶縁膜
116a フローティングゲート
118a ゲート間絶縁膜
120a コントロールゲート
Claims (17)
- 溝を備える半導体基板と、
前記半導体基板に位置し、前記溝が前記ソース領域の一端部に引込むソース領域と、
前記ソース領域の一端部に対向し、前記半導体基板に位置するドレイン領域と、
前記基板上に位置するゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に連続的に形成されるフローティングゲート、ゲート間絶縁膜及びコントロールゲートとを含み、
前記フローティングゲートは、前記ソース領域及びドレイン領域に対向する端部と重なり、前記フローティングゲートの一部が前記ソース領域内の前記溝を充填するようにはみ出していることを特徴とするフラッシュメモリ装置用セルトランジスタ。 - 前記溝はV状、U状又は長方形であることを特徴とする請求項1に記載のフラッシュメモリ装置用セルトランジスタ。
- 前記溝の深さは略0.1μm〜0.2μmであることを特徴とする請求項1に記載のフラッシュメモリ装置用セルトランジスタ。
- 前記溝の幅は略0.1μm〜0.2μmであることを特徴とする請求項1に記載のフラッシュメモリ装置用セルトランジスタ。
- 前記フローティングゲートは、前記ソース領域と幅が略0.4μm〜0.6μmの範囲で重なることを特徴とする請求項1に記載のフラッシュメモリ装置用セルトランジスタ。
- 半導体基板に溝を形成する段階と、
前記溝と重なるソース領域を前記半導体基板に形成する段階と、
ゲート絶縁膜、前記半導体基板の溝を充填するフローティングゲート、ゲート間絶縁膜及びコントロールゲートを前記半導体基板上に連続的に形成する段階と、
前記半導体基板にドレイン領域を形成する段階とを含むことを特徴とするセルトランジスタ製造方法。 - 前記溝を形成する段階は、
前記半導体基板上にバッファ層とエッチングマスク層を連続的に形成する段階と、
バッファ層の一部が露出されるように前記エッチングマスク層をパターニングする段階と、
前記バッファ層の露出部を部分的に覆うために前記バッファ層の露出部にスペーサを形成する段階と、
前記バッファ層と前記半導体基板をエッチングして前記半導体基板に溝を形成する段階と、
前記エッチングマスク層を除去する段階とを含むことを特徴とする請求項6に記載のセルトランジスタ製造方法。 - 前記ゲート絶縁膜、前記フローティングゲート、前記ゲート間絶縁膜及び前記コントロールゲートを連続的に形成する段階の前に、前記バッファ層を除去する段階を更に含むことを特徴とする請求項7に記載のセルトランジスタ製造方法。
- 前記バッファ層及び前記エッチングマスク層は、それぞれ、第1及び第2絶縁物質として形成され、前記第1及び第2絶縁物質は別の食刻選択比を有することを特徴とする請求項7に記載のセルトランジスタ製造方法。
- 前記バッファ層及び前記スペーサは、それぞれ、第1及び第2絶縁物質として形成され、前記第1及び第2絶縁物質は別の食刻選択比を有することを特徴とする請求項7に記載のセルトランジスタ製造方法。
- 前記バッファ層及び前記スペーサは、それぞれ、第1及び第2絶縁物質として形成され、前記第1及び第2絶縁物質は等しい食刻選択比を有することを特徴とする請求項7に記載のセルトランジスタ製造方法。
- 前記ソース領域はイオン注入によって形成されることを特徴とする請求項6に記載のセルトランジスタ製造方法。
- 前記溝は乾式食刻によって形成されることを特徴とする請求項6に記載のセルトランジスタ製造方法。
- 前記溝は湿式食刻によって形成されることを特徴とする請求項6に記載のセルトランジスタ製造方法。
- 第6項の方法によって形成されるフラッシュメモリ装置であって、
前記溝を備える前記半導体基板と、
前記半導体基板に位置し、前記溝が前記ソース領域の一端部に入り込まれる前記ソース領域と、
前記ソース領域の一端部に対向し前記半導体基板に位置する前記ドレイン領域と、
前記基板上に位置する前記ゲート絶縁膜と、
前記ゲート絶縁膜上に連続的に形成される前記フローティングゲート、前記ゲート間絶縁膜及び前記コントロールゲートとを含み、
前記フローティングゲートは前記ソース領域及び前記ドレイン領域の対向する端部と重なり、前記フローティングゲートの一部が前記ソース領域内の前記溝を充填するようにはみ出されていることを特徴とするフラッシュメモリ装置。 - 第1項のフラッシュメモリ装置用セルトランジスタを製造するための方法であって、
前記半導体基板に前記溝を形成する段階と、
前記溝と重なる前記ソース領域を前記半導体基板に形成する段階と、
前記ゲート絶縁膜、前記半導体基板の溝を充填する前記フローティングゲート、前記ゲート間絶縁膜及び前記コントロールゲートを前記半導体基板上に連続的に形成する段階と、
前記半導体基板に前記ドレイン領域を形成する段階とを含むことを特徴とするセルトランジスタ製造方法。 - 半導体基板と、
前記半導体基板で互いに対向するソース領域及びドレイン領域と、
前記ソース領域の端部にはみ出されたチップを備え、前記ソース領域及び前記ドレイン領域の対向する端部と重なるように前記ソース領域及び前記ドレインの上方に位置する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半導体基板との間に介在されるゲート絶縁膜と、
前記フローティングゲート上に連続的に積層されるゲート間絶縁膜及びコントロールゲートとを含むことを特徴とするフラッシュメモリ装置用トランジスタ。
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