JP2004253474A - 不揮発性半導体記憶装置及びその製造方法 - Google Patents

不揮発性半導体記憶装置及びその製造方法 Download PDF

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謙治 箱崎
Kenichi Tanaka
研一 田中
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    • HELECTRICITY
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Abstract

【課題】従来のメモリセルと、その構造及びレイアウトを大幅に変えることなく、低いソース抵抗を実現し、さらなるメモリセルの微細化、高性能化を実現することができる不揮発性半導体記憶装置を提供することを目的とする。
【解決手段】半導体基板内に形成された第1導電型ウェル18上に、ゲート絶縁膜と、浮遊ゲートと、絶縁膜と、制御ゲートとがこの順に積層され、前記第1導電型ウェル18内に形成された一対の第2導電型拡散層からなるソース/ドレイン領域27を有するメモリセルが複数個マトリクス状に配設されて構成された不揮発性半導体記憶装置であって、前記ソース領域27が、第1導電型ウェル18と、例えば、シリサイド増34によって、電気的に接続されている不揮発性半導体記憶装置。
【選択図】 図6

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は不揮発性半導体記憶装置及びその製造方法に関する。詳しくは浮遊ゲートを有し、浮遊ゲートに電荷を蓄積、放出することでデータの書き込み、消去を行う不揮発性半導体記憶装置及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から、不揮発性半導体装置として、図15の等価回路図に示すようなNOR型のフラッシュメモリがある。このフラッシュメモリは、メモリセルMCのドレインに接続されたビット線BLと、メモリセルMCの制御ゲートを選択するためのワード線WLが直交して配線されており、その中にメモリセルMCがマトリクス状に配列されている。メモリセルMCのソースは共通のソース線CSLにつながっており、同一ブロック内の全てのソースは共有されている。
【0003】
このようなフラッシュメモリは、図16の平面図に示すように、ストライプ状に配列された活性領域10(図16ではX方向)上に、活性領域10に直交するように制御ゲート11(図16ではY方向)が配列しており、活性領域10上の制御ゲート11下にはビット毎に独立して浮遊ゲート(図示せず)が配置されている。また、メモリセルMCのドレインはドレインコンタクト12を介してビット線BLに接続され、ワード線WLはビット線BLと直交して、制御ゲート11と平行に配線されている。一方、メモリセルMCのソース側の制御ゲート11間のスペースには、制御ゲート11に対して自己整合的に形成された拡散配線51があり、メモリセルMC数個〜数十個間隔で上層のメタルにソースコンタクト50を介して接続されている。メモリセルアレイの外側にはメモリセル領域のPウェル(図示せず)に電位を与えるためのP拡散層13と、Pウェルを取り囲むように形成されたNウェル(図示せず)に電位を与えるためのN拡散層14があり、コンタクトプラグを介してメタル配線に接続されている。
【0004】
このフラッシュメモリのメモリセルアレイMCAは、図17の断面図に示したように、シリコン基板17内に形成されたPウェル18内に形成されており、このPウェル18は、ディープNウェル19bで囲まれている。メモリセルMCは、複数個で1ブロックを構成し、ブロック毎に電気的に分離されている。
【0005】
メモリセルMCは、図18に示したように、Pウェル18上に形成されたゲート絶縁膜24上に、浮遊ゲート25、ONO膜26、制御ゲート11が積層され、制御ゲート11に対して自己整合的に形成されたN拡散層によりソース27、ドレイン28が形成されている。また、積層された浮遊ゲート25、制御ゲート11の側面に自己整合的に絶縁膜によるサイドウォール29が形成されている。ソース27、ドレイン28、制御ゲート11上は、自己整合的にシリサイド層30が形成されている。メモリセルMCのドレイン28は隣接するセルで共有するように配置され、コンタクトプラグでビット線BLに接続されている。ビット線BLは、制御ゲート11に直交するように配線されている。
【0006】
また、メモリセルMCは、図19に示したように、シリコン基板17表面に形成されたトレンチによる素子分離領域32によってそれぞれ素子分離されている。浮遊ゲート25は、活性領域10上のゲート絶縁膜24に、一部が素子分離領域32にかかるように配置している。浮遊ゲート25は、ONO膜26で囲まれており、その上に制御ゲート11が配置している。
【0007】
さらに、図20に示したように、ソース側の制御ゲート11間のスペースでは、素子分離領域32の酸化膜が除去されており、制御ゲート11と平行にN拡散層からなる共通ソース線CSLが配線されている。共通ソース線CSLは、数個〜数十個のメモリセル毎に配置されたコンタクトプラグ52を介してメタル配線53へ接続されており、同一ブロック内の全てのメモリセルのソースを共有している。
【0008】
このようなフラッシュメモリでは、例えば、ドレインを5V、制御ゲートを10V、ソース、PウェルをVとすることで、ドレイン近傍に発生するホットエレクトロンを浮遊ゲートに注入することによってデータの書き込みが行われる。
また、例えば、制御ゲートを−10V、ドレインを開放、ソース、Pウェルを10Vとすることで、浮遊ゲートからソース及びチャネル領域にFNトンネル電流を流すことにより、データの消去が行われる。
【0009】
さらに、ゲートに5V、ドレインに1V、ソース、Pウェルに0Vの電圧を与えることにより、データの読み出しが行われる。書き込み状態のセルは、浮遊ゲートに蓄積した電荷により、閾値が高くなり、電流が流れず、消去状態のセルは電流が流れるので、データの有無を判断できる。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
通常、フラッシュメモリでは、読み出し時の高速ランダムアクセスタイムを維持するために、共通ソース線を低い抵抗に維持する必要がある。
一方、ショートチャネル効果の抑制のためには、ソースの不純物濃度、熱処理による不純物の拡散を抑制し、実効チャネル長を確保する必要がある。そのため、従来のフラッシュメモリでは、微細化が進むにつれて、ソース抵抗の低抵抗化を維持することが困難であった。
そこで、共通ソース線を低濃度の拡散層で形成し、この拡散層上にシリサイド層を自己整合的に形成することで、ソース抵抗の上昇を抑える手法が提案されている(例えば、特許文献1)。
しかし、微細化が進み、共通ソース線の幅が狭くなるにつれて、ソース抵抗の増大が無視できなくなってきており、さらなるソース抵抗の低減が必要とされているのが現状である。
【0011】
【特許文献1】
特開平10−74915号公報
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、半導体基板内に形成された第1導電型ウェル上に、ゲート絶縁膜と、浮遊ゲートと、絶縁膜と、制御ゲートとがこの順に積層され、前記第1導電型ウェル内に形成された第2導電型拡散層からなる一対のソース/ドレイン領域を有するメモリセルが複数個マトリクス状に配設されて構成された不揮発性半導体記憶装置であって、前記ソース領域が、第2導電型ウェルと電気的に接続されていることを特徴とする不揮発性半導体記憶装置が提供される。
【0013】
また、本発明によれば、半導体基板に第1導電型ウェル及びトレンチ素子分離膜を形成し、
得られた半導体基板上にゲート絶縁膜、浮遊ゲート、絶縁膜、制御ゲートをこの順に形成し、
該制御ゲートをマスクとして用いて、第2導電型不純物をイオン注入してソース/ドレイン領域を形成し、
該ドレイン領域と前記制御ゲートの一部とを被覆するレジストパターンを形成し、該レジストパターンをマスクとして、ソース領域に隣接するトレンチ素子分離膜を完全に除去し、
前記レジストパターンと同じレジストパターンをマスクとして用いて、第1導電型不純物をイオン注入して、前記トレンチ素子分離膜が除去されたトレンチの底部及び/又は側面に第1導電型高濃度領域を形成し、
該第1導電型高濃度領域と前記ソース領域とを接続するシリサイド層を形成して前記ソース領域と第1導電型ウェルとを電気的に接続する不揮発性半導体記憶装置の製造方法が提供される。
【0014】
【発明の実施の形態】
本発明の不揮発性半導体記憶装置は、主として、第1導電型ウェルが形成された半導体基板の上に、ゲート絶縁膜と、浮遊ゲートと、絶縁膜と、制御ゲートとがこの順に積層され、第1導電型ウェル内に形成された第2導電型拡散層からなる一対のソース/ドレイン領域を有してなるメモリセルが少なくとも1個、好ましくは複数個マトリクス状に配置して構成される。
【0015】
半導体基板は、通常半導体装置を形成するために用いられるものを用いることができ、シリコン基板が好ましい。半導体基板には、第1導電型のウェルが少なくとも1つ形成されている。第1導電型ウェルは、ボロン等により、不純物濃度が1×1017/cm程度で形成されている。
【0016】
また、第1導電型ウェルは、所定の電圧を印加することができるように、コンタクトを介して配線に接続されている。コンタクトには、第1導電型でウェルよりも不純物濃度の高い高濃度領域が形成されていることが適当であり、さらに、その表面にシリサイド層又はバリアメタル層等が形成されていることが好ましい。高濃度領域の不純物濃度は、例えば、1×1020/cm程度が挙げられる。シリサイド層は、チタン、タングステン、コバルト等の高融点金属からなるものが好ましく、なかでもコバルトがより好ましい。バリアメタル層としては、窒化チタン、窒化タングステン等が挙げられる。なお、第1導電型ウェルは、半導体基板表面に1つ又は複数形成されていてもよく、1以上の第1及び/又は第2導電型のウェルの中に形成されていてもよいし、1以上の第1及び/又は第2導電型のウェルをその中に配置していてもよい。
【0017】
半導体基板上には、素子分離領域が形成されており、それによって活性領域が規定されている。素子分離領域は、トレンチ酸化膜、STI膜等種々の素子分離膜により形成することができる。なお、素子分離領域を構成するトレンチの幅、深さ等は特に限定されず、得ようとする半導体記憶装置の特性に応じて適宜調整することができる。活性領域は、帯状に配置していることが好ましく、複数の活性領域が存在する場合には、各活性領域は互いに平行に、ストライプ状に配置していることが好ましい。半導体基板上には、さらにトランジスタ、キャパシタ、抵抗等の素子、層間絶縁膜、これらによる回路、半導体装置等が組み合わせられて、シングル又はマルチレイヤー構造で形成されていてもよい。
【0018】
なお、半導体基板に、第1導電型ウェルと素子分離領域とを形成する場合、これらは当該分野で公知の方法により形成することができ、いずれを先に形成してもよい。
ゲート絶縁膜は、酸化シリコン、窒化シリコン又はこれらの積層膜によって形成することができる。膜厚は、特に限定されるものではなく、例えば、5〜150nm程度が挙げられる。
【0019】
浮遊ゲートは、導電性材料により形成されるものであれば特に限定されるものではなく、例えば、アモルファス、単結晶又は多結晶のN型の半導体(例えば、シリコン)により形成することができる。浮遊ゲートは、後述する制御ゲートの下に配置しており、後述する絶縁膜によって完全に取り囲まれていることが好ましい。
【0020】
絶縁膜は、層間絶縁膜、容量絶縁膜等の種々の機能を発揮し得る絶縁膜を包含するものであり、その材料、膜厚等は、通常半導体装置において使用されるものであれば特に限定されるものではない。例えば、シリコン酸化膜(熱酸化膜、低温酸化膜:LTO膜等、高温酸化膜:HTO膜)、シリコン窒化膜、SOG膜、PSG膜、BSG膜、BPSG膜、PZT、PLZT、強誘電体膜又は反強誘電体膜等の単層膜又は積層膜等が挙げられる。
【0021】
制御ゲートは、浮遊ゲートと同様の材料により形成することができる。なかでも、ポリシリコン膜から構成されることが好ましい。制御ゲートは、活性領域が延設されている方向に直交するように形成されていることが好ましく、制御ゲートが複数個存在する場合には、互いに平行に、ストライプ状に配置していることが好ましい。制御ゲートの表面は、シリサイド化されていてもよい。
【0022】
ゲート絶縁膜、浮遊ゲート、絶縁膜、制御ゲートは、当該分野で公知の方法を利用して形成することができる。なお、浮遊ゲート、絶縁膜及び制御ゲートの側壁には、絶縁膜によるサイドウォールが形成されていてもよい。この場合の絶縁膜は、上述したものの中から選択して用いることができる。なかでも、シリコン酸化膜、シリコン窒化膜が適当である。
【0023】
ソース/ドレイン領域は、第2導電型不純物拡散層によって形成されており、活性領域、つまり半導体基板表面であって、浮遊ゲート及び制御ゲートが配置していない領域に、素子分離領域に隣接して、浮遊ゲート及び制御ゲート、任意にサイドウォールに対して自己整合的に形成されている。その不純物濃度は特に限定されるものではないが、リン又は砒素等により、1〜10×1020/cm程度が挙げられる。なお、ソース領域の不純物濃度とドレイン領域の不純物濃度とは、必ずしも同じでなくてもよく、ソース領域の不純物濃度がドレイン領域の不純物濃度よりも低いことが好ましい。これにより、さらなる微細化に対応することが可能となる。また、ソース/ドレイン領域は、その表面にシリサイド層が形成されていてもよい。
【0024】
ドレイン領域は、活性領域が延設される方向に隣接する2つのメモリセルとの間で共有されている。ソース領域は、それぞれ、活性領域が延設される方向に隣接する2つのメモリセルとの間で共有しながら、第1導電型ウェルに電気的に接続されている。ソース領域と第1導電型ウェルとの電気的な接続は、PN接合の順方向又は逆方向のいずれの場合をも考慮して、導電性材料を介して接続されていることが適当である。導電性材料としては、制御ゲートを構成する導電性材料と同様のものを用いることができ、抵抗値が低いものが好ましい。なかでも、シリサイド層が適当であり、コバルトシリサイドがより好ましい。また、ソース領域と第1導電型ウェルとの接続抵抗を考慮して、第1導電型ウェルに第1導電型の高濃度領域を形成し、その高濃度領域とソース領域とが導電性材料によって接続されていることが好ましい。高濃度領域は、ソース領域に隣接するトレンチ内に形成することが好ましく、トレンチの底部のみ、底部と側面又は側面のみに配置することができる。高濃度領域は、トレンチ間の半導体基板表面に配置するソース領域と接触していてもよいし、接触していないくてもよい。具体的には、導電性材料による層が、浮遊ゲート及び制御ゲートの間であって、これらと電気的に分離した状態で、トレンチの底部及び/又は側面から、トレンチ間の半導体表面にわたって配置して、ソース領域と高濃度領域とが接続されていることが適当である。導電性材料による層は、上面から見た場合に、制御ゲートと平行に配置していることが好ましい。導電性材料による層の膜厚は、特に限定されるものではなく、例えば、5〜50nm程度が挙げられる。また、その幅は、制御ゲート間の幅によって適宜調整することができ、ソース抵抗を考慮して、例えば、80〜300nm程度が挙げられる。
【0025】
ソース/ドレイン領域の形成は、当該分野で公知の方法により、例えば、制御ゲート、任意にサイドウォールをマスクとして用いて、イオン注入により形成することができる。
また、第1導電型の高濃度領域は以下のように形成することができる。まず、制御ゲートの一部と、ドレイン領域又はドレイン領域が形成される領域とを被覆するレジストパターンを形成し、このレジストパターンをマスクとして用いて、ソース領域又はソース領域が形成される領域に隣接するトレンチ素子分離膜を完全に除去する。次いで、レジストパターンを残存させたまま、このレジストパターンをマスクとして用いて、第1導電型の不純物をイオン注入する。この場合のイオン注入は、半導体基板表面に対して10〜40°程度傾斜した方向から、1回のみ又は注入エネルギーや傾斜角度を変えて2回以上行ってもよいし、半導体基板表面に対して垂直した方向から、1回のみ又は注入エネルギーや傾斜角度を変えて2回以上行ってもよいし、これらを組み合わせて複数回行ってもよい。
【0026】
なお、ソース/ドレイン領域の形成と、第1導電型の高濃度領域の形成とは、いずれを先に形成してもよい。
また、ソース領域を第1導電型ウェルに電気的に接続する方法としては、例えば、先に得られた第1導電型高濃度領域とソース領域とを含む半導体基板上全面に、高融点金属膜を形成する。この場合の高融点金属膜の膜厚は、例えば、5〜50nm程度が挙げられる。その後、熱処理を行って、高融点金属とシリコンとを反応させ、シリサイド層を形成する。さらに未反応の高融点金属膜を除去することにより、少なくともソース領域から第1導電型の高濃度領域上にわたるシリサイド層を形成することによって行うことができる。なお、高融点金属膜の形成、熱処理条件、未反応の高融点金属膜の除去は、いずれも当該分野で公知の方法によって行うことができる。
【0027】
本発明の不揮発性半導体記憶装置は、例えば、携帯電話、パーソナルコンピュータ、電子手帳等の電子情報処理機器等において、特に、各種データの高速読み出しに適用することができる。
以下に本発明の不揮発性半導体記憶装置及びその製造方法の実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。
【0028】
本発明の不揮発性半導体記憶装置として、フラッシュメモリセルアレイのレイアウトを、図1の等価回路図に示す。このメモリセルアレイでは、メモリセルMCのドレインに接続されたビット線BLと、メモリセルの制御ゲートを選択するためのワード線WLが直交して配線されており、その中にメモリセルMCがマトリクス状に配列され、メモリセルのソースは個々にPウェルに接続されている。
【0029】
このメモリセルアレイを、図2の平面図に示す。メモリセルアレイは、ストライプ状に配列された活性領域10上に(図2ではX方向)、制御ゲート11(図2ではY方向)が直交して配列されている。また、活性領域10上の制御ゲート11下にはビット毎に、独立して絶縁膜であるONO膜(図示せず)を介して浮遊ゲート(図示せず)が配置されている。ドレインには、ドレインコンタクト12を介して、ビット線(図示せず)が接続され、ワード線(図示せず)はビット線と直交して、制御ゲート11と平行に配線されている。メモリセルアレイの外側にはPウェル(図示せず)に電位を与えるためのP拡散層13と、Pウェルを取り囲むように形成されたNウェル(図示せず)に電位を与えるためのN拡散層14とが配置されており、それぞれ、コンタクトプラグ15、16を介してメタル配線(図示せず)に接続されている。
【0030】
また、このメモリセルアレイは、図3の断面図に示すように、シリコン基板17内にトリプルウェルが形成され、Pウェル18上にメモリセルアレイMCAが形成されている。このPウェル18は、Nウェル19で囲まれており、複数のメモリセルMCからなるブロック毎に電気的に分離されている。メモリセルアレイMCAの周りにはPウェル18に電位を与えるためのP拡散層13と、コンタクトプラグ20とが形成され、メタル配線21に接続されている。また、Pウェル18の周りには、Nウェル19に電位を与えるためのN拡散層14と、コンタクトプラグ22とが形成され、メタル配線23に接続されている。
【0031】
メモリセルMCは、図4に示すように、Pウェル18上に、ゲート絶縁膜24を介して、浮遊ゲート25、ONO膜26、制御ゲート11が積層され、制御ゲート11に対して自己整合的にN拡散層によりソース27、ドレイン28が形成されている。また、積層された浮遊ゲート25、制御ゲート11の側面に自己整合的に絶縁層(例えば、酸化膜)のサイドウォール29が形成されており、ソース27、ドレイン28、制御ゲート11の上には自己整合的に、シリサイド層30が形成されている。メモリセルMCのドレイン28は2つの隣接するセルを共有するように配置されたコンタクトプラグ31を介して、ビット線BLに接続されている。
【0032】
また、このメモリセルアレイMCAは、Pウェル内に形成されたトレンチに、酸化膜が埋め込まれて素子分離領域32が形成されており、浮遊ゲート25は、活性領域10上のゲート絶縁膜24上に形成されている。浮遊ゲート25はONO膜26で囲まれており、その上に制御ゲート11が配置されている。
【0033】
さらに、図6に示すように、ソース27側の制御ゲート11間のスペースでは、活性領域10にはソース27としてN拡散層が形成され、素子分離領域32では酸化膜が除去され、トレンチ33の溝部にP拡散層34が形成されている。また、制御ゲート11間のスペース上には自己整合的に形成されたシリサイド層30が形成されており、N拡散層27とP拡散層34とが接続されている。メモリセルアレイMCAの外周にはP拡散層13があり、コンタクトプラグ20を介してメタル配線21が接続されている。
このようなフラッシュメモリセルアレイは、以下の方法により形成することができる。
【0034】
まず、図7に示すように、P型のシリコン基板17に活性領域10と素子分離領域32とを形成する。素子分離領域32は、例えば、シャロートレンチを酸化膜で埋め込むことにより形成する。素子分離領域32の酸化膜は、300nm程度の膜厚である。
【0035】
素子分離領域32を形成した後、フォトレジストパターンをマスクとして用いて、リンをシリコン基板17に注入して、Nウェル19a、ディープNウェル19bを形成し、ボロンを注入して、Pウェル18を形成する。これらのウェルの形成条件として、ディープNウェル19bの形成には、リンを、注入エネルギー3MeV、ドーズ5×1012/cm、Nウェル19aの形成には、リンを、注入エネルギー330keV、ドーズ2×1012/cm及びリンを、注入エネルギー800keV、ドーズ5×1012/cmの2段注入が挙げられる。Pウェル18の形成には、ボロンを、注入エネルギー150keV、ドーズ5×1012/cm及びボロンを、注入エネルギー350keV、ドーズ4×1012/cmの2段注入が挙げられる。なお、メモリセルアレイMCAは、Nウェル19a及びディープNウェル19bに取り囲まれたPウェル18上に形成される。
【0036】
次に、図8に示すように、活性領域10上に10nm程度の膜厚のゲート絶縁膜24を形成し、その上にリン等がドープされたポリシリコン膜(例えば膜厚:150nm)を、活性領域10を覆うとともに、その一部が素子分離領域32にかかるようにパターンニングして、浮遊ゲート25を形成する。
続いて、図9に示すように、膜厚6nmの酸化膜、膜厚5nmの窒化膜、膜厚7nmの酸化膜からなるONO膜26を形成し、その上に、膜厚300nmのポリシリコン膜を形成する。その後、ポリシリコン、ONO膜26、浮遊ゲート25を連続的にパターニングすることで、活性領域10に対して直交する方向に配置する制御ゲート11を形成する。このとき、浮遊ゲート25は、制御ゲート11下に配置することにより、メモリセル毎に分離される。つまり、X方向に形成されたストライプ形状の浮遊ゲート25が、Y方向のストライプ形状の制御ゲートパターン形成時に、メモリセル毎に分離される。次いで、砒素を、例えば、注入エネルギー15keV、ドーズ1×1015〜2×1015/cmの条件でイオン注入することにより、ドレイン28、ソース27(N拡散層)を形成する。
【0037】
その後、図10に示すように、ドレイン28側の制御ゲート11の一部とドレイン28とを覆うようにフォトレジストパターン35を形成し、フォトレジストパターンと制御ゲート11とをマスクとしてソース27側の素子分離領域32の酸化膜を除去する。
【0038】
続いて、フォトレジストパターン35と制御ゲート11とをマスクとして、ボロン等をイオン注入して、酸化膜を除去した後の素子分離領域32のトレンチ33の底部及び下側部にP拡散層34を形成する。この際のイオン注入は、例えば、図11に示すように、ボロンを、例えば10〜30keV程度の注入エネルギー、0.5×1014〜1×1014/cm程度のドーズで、制御ゲートに対する平行方向で、例えば±10〜40°程度の角度で、2回注入する。これにより、ソース27をN拡散層のままに保持するとともに、ソース側の素子分離領域32のトレンチ33の底部及び下側部にP拡散層34を形成することができる。あるいは、別の方法として、図12に示すように、ボロンを、例えば、30〜80keV程度の注入エネルギー、1×1014〜2×1014/cm程度のドーズで、基板表面に対して0°の角度で、1回注入してもよい。これにより、ボロンはソース27のN拡散層よりも深い位置に注入され、その後の熱処理により拡散させることで、トレンチ33の底部及び下側部にP拡散層34を形成することができる。
【0039】
次に、活性化のための熱処理を施した後、図13に示すように、例えば、CVD酸化膜を堆積し、エッチバックして、制御ゲート11及び浮遊ゲート25の側壁にサイドウォール29を形成する。その後、基板上全面にコバルト膜を、例えば、10nm堆積し、500〜550℃で1分間アニールし、シリコンとコバルトとが接している領域で、コバルトとシリコンとを反応させ、コバルトのシリサイド層30を形成する。続いて、硫酸と過酸化水素水との混合液で、未反応のコバルトを除去する。これにより、ソース27/ドレイン28上と、制御ゲート11上と、ソース27の素子分離領域の酸化膜を除去した領域とにのみコバルトのシリサイド層30が形成され、ソース27を、シリサイド層30とP拡散層34とを介してPウェル18と接続することができる。
【0040】
続いて、図14に示すように、層間絶縁膜36としてCVD酸化膜を、例えば1500nm程度堆積し、CMP(ケミカル・メカニカル研磨)によりその表面を平坦化し、コンタクトプラグ20を形成し、メタル配線21を形成する。
このようなフラッシュメモリは、以下の動作により、書き込み、消去及び読み出しすることができる。
【0041】
データの書き込みは、例えば、ドレインに5V、制御ゲートに10V、ソース、Pウェルに0Vの電圧を与えることにより、ドレイン近傍で発生するホットエレクトロンを、浮遊ゲートに注入することによって、行うことができる。
データの消去は、例えば、ゲートに−10V、ドレインを開放、ソース、Pウェルに10Vの電圧を与えることにより、チャネル領域にFNトンネル電流を流すことによって、行うことができる。
【0042】
データの読み出しは、例えば、ゲートに5V、ドレインに1V、ソース、Pウェルに0Vの電圧を与えることにより、書き込み状態のセルは浮遊ゲートに蓄積した電荷により閾値が高くなり、電流が流れず、消去状態のセルは電流が流れることでデータの有無を判断できる。
このように、書き込み、消去、読み出しの方法は従来方法と何ら変更することなく行うことができる。よって、大幅な回路変更をすることなく、従来と同等の書き込み、消去速度を確保でき、高速ランダムアクセスの利点を損なうことはない。
【0043】
このフラッシュメモリのソース拡散層の抵抗は、同一セル数のブロックで比較した場合、1/10以下にまで低減することが確認できた。また、従来技術で述べたソース拡散層の濃度をドレインの拡散層の濃度より低く設定すれば、ソース拡散層の横方向への拡散によるチャネル長の縮小が抑制できるため、さらに微細化に対応することが可能となる。
【0044】
【発明の効果】
本発明によれば、従来のメモリセルと、その構造及びレイアウトを大幅に変えることなく、低いソース抵抗を実現することができる不揮発性半導体記憶装置を得ることができる。つまり、ソース領域と、第1導電型ウェルとを電気的に接続することにより、第1導電型ウェルをソース配線とすることができ、ソース領域側の制御ゲート間のスペースを縮小しても、第1導電型ウェルの抵抗には影響を与えることがなく、低抵抗を保持することが可能となる。しかも、ソース領域の不純物濃度を低減しても低抵抗を保持することができ、さらなる微細化に対応することが可能となる。したがって高速ランダムアクセスが容易に達成でき、メモリセルの微細化に適した不揮発性半導体記憶装置を提供することができる。
【0045】
また、ソース領域を第1導電型ウェルと電気的に接続することにより、従来方法で共通ソース線を形成するために、メモリセル数〜数十個おきに拡散配線と接続されていたメタル配線とのコンタクト領域が不要となり、メモリセルアレイの面積をさらに低減することが可能となる。
さらに、本発明によれば、ソース領域と第1導電型ウェルとの電気的な接続のために、最小限の製造プロセスの変更を行うのみで、煩雑な製造工程を増大させることなく、容易かつ簡便に微細化及び高性能化に対応する不揮発性半導体記憶装置を製造することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の不揮発性半導体記憶装置のメモリセルアレイの等価回路図である。
【図2】本発明の不揮発性半導体記憶装置のメモリセルアレイの平面図である。
【図3】図2のA−A’線断面図である。
【図4】図2のA−A’線の部分的な断面図である。
【図5】図2のB−B’線の部分的な断面図である。
【図6】図2のC−C’線の部分的な断面図である。
【図7】本発明の不揮発性半導体記憶装置の製造方法を説明するための工程断面図である。
【図8】本発明の不揮発性半導体記憶装置の製造方法を説明するための工程断面図である。
【図9】本発明の不揮発性半導体記憶装置の製造方法を説明するための工程断面図である。
【図10】本発明の不揮発性半導体記憶装置の製造方法を説明するための工程断面図である。
【図11】本発明の不揮発性半導体記憶装置の製造方法を説明するための工程断面図である。
【図12】本発明の不揮発性半導体記憶装置の製造方法を説明するための工程断面図である。
【図13】本発明の不揮発性半導体記憶装置の製造方法を説明するための工程断面図である。
【図14】本発明の不揮発性半導体記憶装置の製造方法を説明するための工程断面図である。
【図15】従来の不揮発性半導体記憶装置のメモリセルアレイの等価回路図である。
【図16】従来の不揮発性半導体記憶装置のメモリセルアレイの平面図である。
【図17】図16のA−A’線断面図である。
【図18】図16のA−A’線の部分的な断面図である。
【図19】図16のB−B’線の部分的な断面図である。
【図20】図16のC−C’線の部分的な断面図である。
【符号の説明】
MC メモリセル
BL ビット線
WL ワード線WL
MCA メモリセルアレイ
10 活性領域
11 制御ゲート
12 ドレインコンタクト
13 P拡散層
14 N拡散層
15、16、20、22、31 コンタクトプラグ
17 シリコン基板(半導体基板)
18 Pウェル(第1導電型ウェル)
19、19a Nウェル
19b ディープNウェル
21、23 メタル配線
24 ゲート絶縁膜
25 浮遊ゲート
26 ONO膜(絶縁膜)
27 ソース(第2導電型拡散層)
28 ドレイン(第2導電型拡散層)
29 サイドウォール
30 シリサイド層
32 素子分離領域
33 トレンチ
34 P拡散層(第1導電型高濃度領域)
35 フォトレジストパターン
36 層間絶縁膜
52 コンタクトプラグ
53 メタル配線

Claims (7)

  1. 半導体基板内に形成された第1導電型ウェル上に、ゲート絶縁膜と、浮遊ゲートと、絶縁膜と、制御ゲートとがこの順に積層され、前記第1導電型ウェル内に形成された第2導電型拡散層からなる一対のソース/ドレイン領域を有するメモリセルにより構成された不揮発性半導体記憶装置であって、
    前記ソース領域が、第1導電型ウェルと電気的に接続されていることを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
  2. ソース領域が、シリサイド層によって第1導電型ウェルと電気的に接続されてなる請求項1に記載の不揮発性半導体記憶装置。
  3. シリサイド層が、コバルトシリサイドからなる請求項1又は2に記載の不揮発性半導体記憶装置。
  4. 第1導電型ウェルが形成された半導体基板表面に複数のトレンチが形成され、ソース領域がトレンチ間の半導体基板表面に配置され、前記トレンチの底部及び下側面に第1導電型ウェルよりも不純物濃度が高い第1導電型高濃度拡散層が形成され、シリサイド層が、前記トレンチ内からトレンチ間の半導体基板表面にわたって配置されることによりソース領域と第1導電型ウェルとが電気的に接続されてなる請求項1〜3のいずれか1つに記載の不揮発性半導体記憶装置。
  5. メモリセルがマトリクス状に複数個配置されており、第1導電型ウェル上に、制御ゲートが互いに平行に複数個配置され、メモリセルが形成される活性領域が制御ゲートに直交する方向に複数個配置され、前記活性領域が延設される方向に配置するメモリセルは、隣接する2つのメモリセルとの間でドレイン領域を共有しており、かつ各メモリセルのソース領域がそれぞれ第1導電型ウェルと電気的に接続されてなる請求項1〜4のいずれか1つに記載の不揮発性半導体記憶装置。
  6. (a)半導体基板に第1導電型ウェル及びトレンチ素子分離膜を形成し、
    (b)得られた半導体基板上にゲート絶縁膜、浮遊ゲート、絶縁膜、制御ゲートをこの順に形成し、
    (c)該制御ゲートをマスクとして用いて、第2導電型不純物をイオン注入してソース/ドレイン領域を形成し、
    (d)該ドレイン領域と前記制御ゲートの一部とを被覆するレジストパターンを形成し、該レジストパターンをマスクとして、ソース領域に隣接するトレンチ素子分離膜を完全に除去し、
    (e)前記レジストパターンと同じレジストパターンをマスクとして用いて、第1導電型不純物をイオン注入して、前記トレンチ素子分離膜が除去されたトレンチの底部及び/又は側面に第1導電型高濃度領域を形成し、
    (f)該第1導電型高濃度領域と前記ソース領域とを接続するシリサイド層を形成して前記ソース領域と第1導電型ウェルとを電気的に接続することを特徴とする不揮発性半導体記憶装置の製造方法。
  7. 工程(f)のシリサイド層の形成を、得られた半導体基板上全面に高融点金属膜を形成し、熱処理して、少なくとも前記トレンチ内から前記ソース領域上にわたってシリサイド層を形成し、未反応の高融点金属膜を除去することにより行う請求項6に記載の不揮発性半導体記憶装置の製造方法。
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