JP2641844B2 - Eepromフラッシュメモリセル、メモリデバイスおよびこれらの製造方法 - Google Patents

Eepromフラッシュメモリセル、メモリデバイスおよびこれらの製造方法

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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • H01L21/30Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
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    • H01L21/3205Deposition of non-insulating-, e.g. conductive- or resistive-, layers on insulating layers; After-treatment of these layers
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、トランジスタ1個で構
成されたEEPROMフラッシュメモリセル、これらか
ら成るメモリデバイス、およびこれらを製造する方法に
関する。
【0002】
【従来の技術】半導体メモリには、揮発性メモリである
DRAM(ダイナミック ランダム アクセス メモ
リ)、SRAM(スタティック RAM)、非揮発性メ
モリであるマスクROM(リード オンリー メモリ)、
PROM(プログラマブル ROM)、EPROM(イ
レイザブル PROM)、EEPROM(エレクトリカ
リー EPROM)等があるが、メモリセル1個当り1
個のトランジスタを有するEEPROMである、いわゆ
るフラッシュメモリ等が現在開発、使用されている。
【0003】図5(A)は、従来のEEPROMフラッ
シュメモリデバイスの一例のレイアウト図、(B)は
(A)のB−B線断面図、(C)は(A)のC−C線断
面図である。
【0004】このフラッシュメモリは、図5(A)〜
(C)に示すように、ソース12、ドレイン11、ゲー
ト13から構成された通常の電界効果トランジスタFE
Tの、チャネルとゲート(コントロールゲートと称され
る)13との間に、フローティングゲート14を挿入
し、このフローティングゲート14に電子を注入または
移動することによりプログラムが与えられる。
【0005】(B)、(C)において、15、16、1
7は絶縁層である。
【0006】フローティングゲート14は、図5(A)
のレイアウトでは、斜線部分で示され、セル毎に1個ず
つ独立的に形成されているが、コントロールゲート13
は連続的に長く、多数のセルのゲートが連結されて構成
されている。
【0007】このフラッシュメモリにプログラムする
(書き込む)際、すなわち、フローティングゲート14
に電荷を注入する場合には、ドレイン11とコントロー
ルゲート13に加わる電圧を調整して動作させる。
【0008】記録する場合は、例えば、ドレイン11に
7〜8Vの正電圧を加え、コントロールゲート13に1
2〜13Vの正電圧を加えて、ソース/ドレイン間のチ
ャネルにホットエレクトロンを発生させ、この電子がコ
ントロールゲート13に加えられた電圧により電界に導
かれ、ゲート絶縁層を通過(トンネル)してフローティ
ングゲート14に注入されて、記録される。
【0009】このようにして、フローティングゲート1
4は負電荷に充電され、このトランジスタのしきい値電
圧が高くなり、通常のコントロールゲート電圧ではター
ンオンさせられないので、通常の動作では常にオフ状態
になる。
【0010】このようにプログラムされたセルのデータ
を消去するには、コントロールゲート13と基板とを接
地し、ドレイン電極をフローティングしながら、ソース
電極に13〜15Vの正電圧を印加して、フローティン
グゲート14からソースへ電子がトンネル(Fowler Nor
dheim tunneling)してフローティングゲート14に存
在した負電荷がなくなるので、トランジスタのしきい値
電圧が低くなり、プログラムされたデータが消去され
る。
【0011】このようなフラッシュメモリに関する技術
は、1989年10月に刊行されたアイイー イー イー(IE
EE) ジャーナルの「ソリッド ステイト サーキット」
24巻 ナンバー5の1259〜1263頁に発表されたブイ キネ
ット(V.Kynett)他による「ア 90-ns ワン ミリオン イ
レイス プログラム サイクル 1メガビット フラッシュ
メモリ(A 90-ns One-Million Erase/Program Cycle 1-
Mbit Flash Memory)」に発表され、また、1991年のブイ
エル エス アイ(VLSI)技術会議で、エイチ クメ
(H.Kume)他によって発表され、ダイジェスト オブ テ
クニカル ペイパーズ(Digest of Technical Papers)の7
7〜78頁に発表された「ア 3142um2フラッシュ モリ セ
ル テクノロジー コンフォーマブル トゥ ア セクタ イ
レイス(A 3142um2 Flash Memory Cell Technology Conf
ormable to a Sector Erase)」にも記載されており、ま
た、同じく75〜76頁にエヌ コダマ(N.Kodama)他により
発表された「ア 5V 16メガビット フラッシュ EEP
ROMセル ユージング ハイリー リライアブル ライト
/イレイス テクノロジー(A 5V 16 Mbit FlashEEPROM Ce
ll Using Highly Reliable Write/Erase Technologie
s)」にも発表されている。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の技術では、
プログラムされたデータを消去するとき、ソース12で
ジャンクション ブレークダウンが発生しやすい。
【0013】そこで、これを防止するために、図5
(C)に示すように、ソース12を高濃度不純物領域
(N+)と低濃度不純物領域(N-)との二重に形成し、
段階的ジャンクションを形成して、ソース電極のジャン
クション ブレークダウン電圧を高めている。
【0014】このようなジャンクション構造を有するソ
ースに関する技術は、米国特許No.4,698,787号(19
87年10月6日)に開示されている。
【0015】また、このようなジャンクション破壊問題
を解決するため、米国特許No.5,077,691(1991年1
2月31日)では、ソースに5V(Vcc)を加え、コン
トロールゲートに−11〜−13V程度の負電圧を加
え、プログラムされたセルのデータを消去する技術が開
示されている。
【0016】以上説明した従来技術では、セルに記録さ
れたデ−タを消去する場合、コントロールゲートに比べ
てソース電極に極めて高い電圧を印加するので、ソース
に深い空乏層領域が発生し、ここで電子−ホールの対が
発生する。この際、発生したホールは空乏層において電
界によりエネルギーを受けてホットホールとなり、これ
らのホットホールは、ゲート絶縁層に注入され、そこで
捕獲される。その結果、消去時のトンネル電流が増加
し、したがって、過消去が起こる。さらに、これらのホ
ットホールのため、しきい値電圧の変動が極端に増大さ
れる場合がある。このような問題点に関しては、アイ
イー イー イー エレクトロン デバイス レターズ(IE
EE Electron Device Letters),10巻 ナンバー3 117
〜119頁 1989年3月のエス ハダッド(S.Haddad)他によ
る「デグラデーション デュー トゥホール トラッピン
グ イン フラッシュ メモリ セルズ(Degradations due
to Hole Trapping in Flash Memory Cells)」に記載さ
れている。
【0017】また、従来技術では、ゲート酸化膜(図5
(C)の符号20参照)の厚さは、プログラム時や消去
時に電子がトンネルできるように、約100Å程度に保
持しなければならないので、製造工程が煩わしくて生産
性が低かった。フラッシュメモリデバイスの生産性を増
大するため、トンネル酸化膜の質を向上させるための努
力が続いている。例えば、トンネル酸化膜の電子および
正孔の捕獲準位の減少、トンネル酸化膜のチャネルおよ
びソース/ドレイン領域における重金属汚染の低減、エ
ッチングプラズマによるゲートの帯電の抑制等を挙げる
ことができる。しかし、生産性がいまだDRAMとSR
AMに比べて低く、また、しきい値電圧を増加させるゲ
ートディスタ−プ問題は、ゲート酸化膜が薄い程、より
深刻である。
【0018】本発明の目的は、このような従来の問題点
を解消することができる新規な構造のEEPROMフラ
ッシュメモリセルを提供し、またこのようなセルから成
るEEPROMフラッシュメモリデバイスと、これらの
製造方法を提供することにある。
【0019】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、本発明のEEPROMフラッシュメモリセルは、
ースおよびドレインが第1の方向に配列され、前記ソ
ースと前記ドレインとの間にフローティングゲート電極
が配置され、前記フローティングゲート電極は、前記ソ
ースと前記ドレインとの間のゲート絶縁層上でチャネル
と対向し、前記フローティングゲート電極上に中間絶縁
層を介してコントロールゲート電極が配置され、前記コ
ントロールゲート電極が、前記第1の方向とほぼ直角の
第2の方向に配列されて構成されるEEPROMフラッ
シュメモリデバイスにおいて、前記フローティングゲー
ト電極の少なくとも一方に、前記フローティングゲート
電極とトンネル絶縁層を介して少なくとも1個所で互い
に接する消去電極を前記第1の方向に配列して設けたこ
とを特徴とする。
【0020】また、前記消去電極の両側を、異なる前記
フローティングゲート電極の上に一部重ね合わせて設け
たことを特徴とする。
【0021】また、前記ゲート絶縁層がシリコン酸化膜
から成り、前記中間絶縁層がシリコン酸化膜−シリコン
窒化膜−シリコン酸化膜の積層膜から成り、前記トンネ
ル絶縁層は多結晶シリコン層を熱酸化して形成したシリ
コン酸化膜から成ることを特徴とする。
【0022】また、前記トンネル絶縁層の厚さが200
〜500Åであることを特徴とする。
【0023】また、前記フローティングゲート電極の厚
さが約1000〜3000Å、前記コントロールゲート
電極の厚さが約3000Å程度、前記消去電極の厚さが
約2000〜4000Å、前記ゲート絶縁層の厚さが約
150〜400Å、前記中間絶縁層の有効酸化膜の厚さ
が約150〜400Åであることを特徴とする。
【0024】また、本発明のEEPROMフラッシュメ
モリセルの製造方法は、半導体基体上にフィールド領域
と素子領域とを区分して形成した後、ゲート絶縁層を形
成し、その上にストライプ状のフローティングゲート電
極形成用導電層を形成する工程と、その上に中間絶縁層
を形成し、その上にコントロールゲート電極形成用導電
層と上部絶縁層を順次形成する工程と、前記中間絶縁層
をエッチング停止層として、前記上部絶縁層と前記コン
トロールゲート電極形成用導電層とをエッチングし、コ
ントロールゲート電極を形成する工程と、その上に絶縁
層を形成した後、エッチバックして、前記コントロール
ゲート電極の側壁に側壁絶縁層を形成する工程と、前記
コントロールゲート電極上の前記上部絶縁層と前記側壁
絶縁層とをマスクとして、前記フローティングゲート形
成用導電層をエッチングしてフローティングゲート電極
を形成する工程と、所定の不純物を高濃度にイオン注入
した後、前記フローティングゲート電極の露出した部分
にトンネル絶縁層を形成して、前記注入したイオンを拡
散させて高濃度ソースおよびドレイン領域を形成する工
程と、その上に消去電極形成用導電層を形成してフォト
エッチング工程により消去電極を形成する工程とを含ん
で成ることを特徴とする。
【0025】また、前記ゲート絶縁層は、シリコン酸化
膜を厚さ約150〜400Åに形成し、前記トンネル絶
縁層は、シリコン酸化膜を厚さ約200〜500Åに形
成することを特徴とする。
【0026】また、前記フローティングゲート電極形成
用導電層は、多結晶シリコン層を厚さ約1000〜30
00Å形成して、不純物イオンを注入するか、イン・シ
・テュドーピング法でドーピングして形成することを特
徴とする。
【0027】また、本発明のEEPROMフラッシュメ
モリデバイスの製造方法は、半導体基体上にフィールド
領域と素子領域とを区分して形成した後、ゲート絶縁層
を形成し、その上に第1の方向に配列された多数のスト
ライプ状のフローティングゲート電極形成用導電層を形
成する工程と、その上に中間絶縁層を形成し、その上に
コントロールゲート電極形成用導電層と上部絶縁層を順
次形成する工程と、前記中間絶縁層をエッチング停止層
として、前記上部絶縁層と前記コントロールゲート電極
形成用導電層とをエッチングし、コントロールゲート電
極を第2の方向に形成する工程と、その上に絶縁層を形
成した後、エッチバックして、前記コントロールゲート
電極の側壁に側壁絶縁層を形成する工程と、前記コント
ロールゲート電極上の前記上部絶縁層と前記側壁絶縁層
とをマスクとして、前記フローティングゲート電極形成
用導電層をエッチングしてフローティングゲート電極を
形成する工程と、所定の不純物を高濃度にイオン注入し
た後、熱酸化工程を行ない、前記フローティングゲート
電極の露出した部分にトンネル絶縁層を形成して、前記
注入したイオンを拡散させて一方が共通、他方が各々の
ソース・ドレイン領域を形成する工程と、消去電極形成
用導電層を形成してフォトエッチング工程により前記フ
ローティングゲート電極と少なくとも1個所で前記トン
ネル絶縁層を介して接する消去電極を形成する工程とを
含んで成ることを特徴とする。
【0028】また、前記ゲート絶縁層は、シリコン酸化
膜を厚さ約150〜400Åに形成し、前記トンネル絶
縁層は、シリコン酸化膜を厚さ約200〜500Åに形
成することを特徴とする。
【0029】また、前記フローティングゲート電極形成
用導電層は、多結晶シリコン層を厚さ約1000〜30
00Åに形成して、不純物イオンを注入するか、イン・
シ・テュドーピング法でドーピングして形成することを
特徴とする。
【0030】また、前記中間絶縁層はシリコン酸化膜−
シリコン窒化膜−シリコン酸化膜の積層膜で形成し、そ
の有効酸化膜の厚さを約150〜400Åに形成するこ
とを特徴とする。
【0031】また、前記コントロールゲート電極形成用
導電層は、多結晶シリコン層を厚さ約3000Åに形成
し、不純物イオンを注入するか、イン・シ・テュドーピ
ング法でドーピングして形成することを特徴とする。
【0032】さらに、前記消去電極形成用導電層は、多
結晶シリコン層を厚さ2000〜4000Åに形成し、
前記コントロールゲート電極のラインと垂直方向に多数
の前記消去電極を形成することを特徴とする。
【0033】
【作用】本発明は、フローティングゲートから電子をソ
ースへトンネルさせて、プログラムされたセルの情報を
消去するのでなく、フローティングゲートから電子を消
去電極へトンネルさせて消去するという、新規なEEP
ROMフラッシュメモリセル構造を提供するものであ
り、これにより、従来の普通のEPROMのように厚い
(160〜460Å程度の)ゲート酸化膜を使用するこ
とができる。また、フラッシュメモリセルどうしの間
に、コントロールゲート電極(ワードライン)と直交す
る方向に消去電極を配置して、フローティングゲート電
極の少なくとも一方側の(両側に配置されたフローティ
ングゲート電極の両方または一方の)少なくとも1箇所
の所定の部分と絶縁層を介して、互いに接するようにレ
イアウトし、消去時、フローティングゲートからこの絶
縁層を介して電子が消去電極へトンネルするようにし
た。これにより、プログラムされたデータを消去すると
き、従来技術においてソースでジャンクション・ブレー
クダウンが生じる問題を解決することができる。また、
消去動作の間、電子−正孔一対の発生により、ソースの
深い空乏層において電界からエネルギーを受け取ったホ
ットホールがゲート絶縁層に注入され、そこで捕集さ
れ、それによりトンネル電流が顕著に増大し、過消去が
起きる問題を解決することができる。また、上述のホッ
トホールの存在により、しきい値電圧が大きく変動する
問題を解決することができる。さらに、消去がフローテ
ィングゲートから消去ゲートへ電子がトンネルすること
によってなされるので、ゲート酸化膜のための例えば約
100Å以下の薄いトンネル酸化膜を用いる必要がな
く、製造工程上の煩わしさがなくなり、生産性が向上す
る。
【0034】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて詳細に
説明する。
【0035】図1は、本発明のEEPROMフラシュメ
モリデバイスのレイアウトを示す平面図、図2(A)は
図1のA−A線断面図、図2(B)は図1のB−B線断
面図、図2(C)は図1のC−C線断面図である。
【0036】本実施例のフラッシュメモリセルは、ソー
ス35とドレイン36が第1の方向(矢印Iで示す)に
多数個配列形成され、ソース35とドレイン36との間
にフローティングゲート電極33が各セルごとに1つず
つ配置され、このフローティングゲート電極33上にコ
ントロールゲート電極(ワードライン)37が第2の方
向(矢印IIで示す)に多数個配列される。第2の方向
は、第1の方向とほぼ直角をなす。
【0037】各セルのフローティングゲート電極33間
に、多数個の消去電極31がフローティングゲート電極
33に一部(クロスハッチングを付した部分)に重なる
ように第1の方向に配列される。
【0038】消去電極31は、フローティングゲート電
極33の両側31−1で薄い絶縁層38を介して出会
い、形成工程時の偏差によりフローティングゲート電極
33の両側2箇所または左側あるいは右側の1個所で出
会う。
【0039】40は半導体基板、41はフィールド絶縁
層である。
【0040】図3(A)〜(D)、および図4(E)、
(F)は、図1のEEPROMフラッシュメモリデバイ
スの製造方法の一実施例を示す、図1のB−B線断面の
工程部分断面図である。
【0041】まず、図3(A)に示すように、シリコン
等の半導体基板40上にフィールド絶縁層41を形成
し、素子領域(またはアクティブ領域とも称される)4
2と区分しする。次に、ゲート絶縁層43を形成した
後、その上にフローティングゲート電極形成用の導電層
として、多結晶シリコン層44′を堆積する。次に、多
結晶シリコン層44′をフォトエッチング工程により一
部を除去して、第1の方向に配列された多数のストライ
プ状のパターンに形成する(図2(A)の符号33参
照)。
【0042】その後、中間絶縁層45を堆積し、その上
にコントロールゲート電極形成用の導電層として多結晶
シリコン層46′と上部絶縁層47′を順次堆積する。
【0043】この際、フィールド絶縁層41としてのシ
リコン酸化膜の膜厚は7000Å程度に成長させ、ゲー
ト絶縁層43としてのシリコン酸化膜の膜厚は150〜
400Å程度に成長させる。また、フローティングゲー
ト電極形成用の多結晶シリコン層44′の膜厚は100
0〜3000Å堆積し、不純物イオンのイオン注入法ま
たはイン・シ・テュ(In−Si−Tu)ドーピング法
(堆積工程と同時に不純物をドーピングする)でドーピ
ングする。また、中間絶縁層45としては、通常、シリ
コン酸化膜−シリコン窒化膜−シリコン酸化膜の積層膜
を形成するが、有効酸化膜の厚さは約150〜400Å
程度となるようにする。また、コントロールゲート電極
形成用の多結晶シリコン層46′の膜厚は3000Å程
度堆積するが、ドーピング方法はフローティングゲート
電極用多結晶シリコン層のようにすればよい。上部絶縁
層47としてはCVD法により形成した酸化膜を300
0Å程度堆積する。
【0044】次に、図3(B)に示すように、フォトエ
ッチング工程により、中間絶縁層45をエッチング停止
層として、上部絶縁層47とコントロールゲート電極形
成用多結晶シリコン層46′をエッチングして、コント
ロールゲート電極46を第2の方向に形成する。
【0045】その後、膜厚3000Å程度の酸化層をC
VD法により堆積した後、エッチバックして、図3
(C)に示すように、コントロールゲート側壁絶縁層4
8を形成する。
【0046】次に、図3(D)に示すように、コントロ
ールゲート電極の上部絶縁層47と側壁絶縁層48をマ
スクとして、フローティングゲート電極形成用多結晶シ
リコン層44′をエッチングして、フローティングゲー
ト電極50を形成する。次いで、高濃度不純物をイオン
注入する(矢印で示す)。
【0047】その後、熱酸化工程を実施すると、図4
(E)に示す状態となる。すなわち、フローティングゲ
ート電極50の露出された部分50−1(図3(D)参
照)に、酸化膜から成るトンネル絶縁層52を膜厚20
0〜500Å程度に成長させる。図3(D)で注入した
イオンは拡散し、かつ、アニーリングされ、N+共通ソ
ースライン53およびソース/ドレイン領域(図2
(C)の符号36で示す領域)が形成され、これらの領
域上に厚い酸化層が形成される(膜厚約1000Å以
下)。ここで、トンネル絶縁層52は多結晶シリコン層
が熱酸化されて形成されたシリコン酸化膜であって、電
子がよくトンネルできる。
【0048】次に、消去電極形成用の多結晶シリコン層
を膜厚2000〜4000Å堆積した後、フォトエッチ
ング工程によりパターニングしてコントロールゲート4
6のラインと垂直な方向(第1の方向)に多数の消去電
極55を形成する。
【0049】その後、消去電極55を絶縁して(図示省
略)、通常の工程によりデバイスの製作を完了する。
【0050】このように構成された本実施例のフラッシ
ュメモリをプログラムするときは、従来の方法のよう
に、コントロールゲートとソースまたはドレインの一方
に高い電圧を加え、チャネルでホットエレクトロンを作
り、該ホットエレクトロンがゲート酸化膜を通過した
後、フローティングゲートに捕集されるようにし、プロ
グラムする。
【0051】例えば、記録する(書き込む)ときは、ソ
ースとドレインの間に7〜8Vの正電圧を加え、コント
ロールゲートに12〜13Vの正電圧を加えると、ソー
スとドレイン間のチャネルにホットエレクトロンを発生
する。これらのホットエレクトロンがコントロールゲー
トに加えられた電圧による電界に引かれ、ゲート絶縁層
を通過してフローティングゲートに注入され、記録され
る。
【0052】このようにフローティングゲートは、負電
荷が充電され、このトランジスタのしきい値電圧が高く
なる。それゆえ、通常のコントロールゲート電圧ではタ
ーンオンされない。したがって、通常の動作の間はトラ
ンジスタは常にオフ状態を維持する。
【0053】消去するときは、消去電極とコントロール
ゲートに高い正電圧を印加し、ソースとドレインを接地
すると、フローティングゲートに捕集された電子は、ト
ンネル酸化膜52を介して消去電極から抜け出て、プロ
グラムされた情報が消去される。すなわち、フローティ
ングゲートに蓄積されていた負電荷がなくなり、その結
果、トランジスタのしきい値電圧が低くなり、プログラ
ムされた情報が消去される。
【0054】本実施例では、フローティングゲートから
電子をソースへトンネルさせて、プログラムされたセル
の情報を消去するのでなく、フローティングゲートから
電子を消去電極へトンネルさせて消去するという、新規
なEEPROMフラッシュメモリセル構造を提供するも
のであり、これにより、従来の普通のEPROMのよう
に厚い(160〜460Å程度の)ゲート酸化膜を使用
することができる。また、フラッシュメモリセルどうし
の間に、コントロールゲート電極(ワードライン)と直
交する方向に消去電極を配置して、フローティングゲー
ト電極の少なくとも一方側の(両側に配置されたフロー
ティングゲート電極の両方または一方の)少なくとも1
箇所の所定の部分と絶縁層を介して、互いに接するよう
にレイアウトし、消去時、フローティングゲートからこ
の絶縁層を介して電子が消去電極へトンネルするように
した。これにより、プログラムされたデータを消去する
とき、従来技術においてソース12でジャンクション・
ブレークダウンが生じる問題を解決することができる。
また、消去動作の間、電子−正孔一対の発生により、ソ
ースの深い空乏層において電界からエネルギーを受け取
ったホットホールがゲート絶縁層に注入され、そこに捕
集され、それによりトンネル電流が顕著に増大し、過消
去が起きる問題を解決することができる。また、上述の
ホットホールの存在により、しきい値電圧が大きく変動
する問題を解決することができる。さらに、消去がフロ
ーティングゲートから消去ゲートへ電子がトンネルする
ことによってなされるので、ゲート酸化膜のための薄い
トンネル酸化膜(約100Å以下)を用いる必要がな
く、製造工程上の煩わしさがなくなり、生産性が向上す
る。
【0055】以上本発明を実施例に基づいて具体的に説
明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではな
く、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能で
あることは勿論である。
【0056】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
プログラムされたデータを消去するとき、従来技術にお
いてソースでジャンクション・ブレークダウンが生じる
問題を解決することができる。また、消去動作の間、電
子−正孔一対の発生により、ソースの深い空乏層におい
て電界からエネルギーを受け取ったホットホールがゲー
ト絶縁層に注入され、そこに捕集され、それによりトン
ネル電流が顕著に増大し、過消去が起きる問題を解決す
ることができる。また、上述のホットホールの存在によ
り、しきい値電圧が大きく変動する問題を解決すること
ができる。さらに、消去がフローティングゲートから消
去ゲートへ電子がトンネルすることによってなされるの
で、ゲート酸化膜のための例えば約100Å以下の薄い
トンネル酸化膜を用いる必要がなく、製造工程上の煩わ
しさがなくなり、生産性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例のEEPROMフラッシュメ
モリデバイスのレイアウト図である。
【図2】(A)は図1のA−A線断面図、(B)は図1
のB−B線断面図、(C)は図1のC−C線断面図であ
る。
【図3】(A)〜(D)は図1、図2に示した本発明の
一実施例のEEPROMフラッシュメモリデバイスの製
造方法の一実施例の部分工程断面図(図2(B)に対応
する図、すなわち、図1のB−B線断面図)である。
【図4】(E)、(F)は図1、図2に示した本発明の
一実施例のEEPROMフラッシュメモリデバイスの製
造方法の一実施例の部分工程断面図(図2(B)に対応
する図、すなわち、図1のB−B線断面図)である。
【図5】(A)は従来のEEPROMフラッシュメモリ
デバイスの一例のレイアウト図、(B)は(A)のB−
B線断面図、(C)は(A)のC−C線断面図である。
【符号の説明】
31…消去電極、33…フローティングゲート電極、3
5…ソース、36…ドレイン、37…コントロールゲー
ト電極(ワードライン)、38…絶縁層、40…半導体
基板、41…フィールド絶縁層。

Claims (14)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ソースおよびドレインが第1の方向に配列
    され、前記ソースと前記ドレインとの間にフローティン
    グゲート電極が配置され、前記フローティングゲート電
    極は、前記ソースと前記ドレインとの間のゲート絶縁層
    上でチャネルと対向し、前記フローティングゲート電極
    上に中間絶縁層を介してコントロールゲート電極が配置
    され、前記コントロールゲート電極が、前記第1の方向
    とほぼ直角の第2の方向に配列されて構成されるEEP
    ROMフラッシュメモリデバイスにおいて、前記フロー
    ティングゲート電極の少なくとも一方側に、前記フロー
    ティングゲート電極とトンネル絶縁層を介して少なくと
    も1個所で互いに接する消去電極を前記第1の方向に配
    列して設けたことを特徴とするEEPROMフラッシュ
    メモリデバイス。
  2. 【請求項2】前記消去電極の両側を、異なる前記フロー
    ティングゲート電極の上に一部重ね合わせて設けたこと
    を特徴とする請求項記載のEEPROMフラッシュメ
    モリデバイス。
  3. 【請求項3】前記ゲート絶縁層がシリコン酸化膜から成
    り、前記中間絶縁層がシリコン酸化膜−シリコン窒化膜
    −シリコン酸化膜の積層膜から成り、前記トンネル絶縁
    層は多結晶シリコン層を熱酸化して形成したシリコン酸
    化膜から成ることを特徴とする請求項記載のEEPR
    OMフラッシュメモリデバイス。
  4. 【請求項4】前記トンネル絶縁層の厚さが200〜50
    0Åであることを特徴とする請求項記載のEEPRO
    Mフラッシュメモリデバイス。
  5. 【請求項5】前記フローティングゲート電極の厚さが約
    1000〜3000Å、前記コントロールゲート電極の
    厚さが約3000Å程度、前記消去電極の厚さが約20
    00〜4000Å、前記ゲート絶縁層の厚さが約150
    〜400Å、前記中間絶縁層の有効酸化膜の厚さが約1
    50〜400Åであることを特徴とする請求項記載の
    EEPROMフラッシュメモリデバイス。
  6. 【請求項6】半導体基体上にEEPROMフラッシュメ
    モリセルを製造する方法において、 半導体基体上にフィールド領域と素子領域とを区分して
    形成した後、ゲート絶縁層を形成し、その上にストライ
    プ状のフローティングゲート電極形成用導電層を形成す
    る工程と、 その上に中間絶縁層を形成し、その上にコントロールゲ
    ート電極形成用導電層と上部絶縁層を順次形成する工程
    と、 前記中間絶縁層をエッチング停止層として、前記上部絶
    縁層と前記コントロールゲート電極形成用導電層とをエ
    ッチングし、コントロールゲート電極を形成する工程
    と、 その上に絶縁層を形成した後、エッチバックして、前記
    コントロールゲート電極の側壁に側壁絶縁層を形成する
    工程と、 前記コントロールゲート電極上の前記上部絶縁層と前記
    側壁絶縁層とをマスクとして、前記フローティングゲー
    ト形成用導電層をエッチングしてフローティングゲート
    電極を形成する工程と、 所定の不純物を高濃度にイオン注入した後、前記フロー
    ティングゲート電極の露出した部分にトンネル絶縁層を
    形成して、前記注入したイオンを拡散させて高濃度ソー
    スおよびドレイン領域を形成する工程と、 その上に消去電極形成用導電層を形成してフォトエッチ
    ング工程により消去電極を形成する工程とを含んで成る
    ことを特徴とするEEPROMフラッシュメモリセルの
    製造方法。
  7. 【請求項7】前記ゲート絶縁層は、シリコン酸化膜を厚
    さ約150〜400Åに形成し、前記トンネル絶縁層
    は、シリコン酸化膜を厚さ約200〜500Åに形成す
    ることを特徴とする請求項記載のEEPROMフラッ
    シュメモリセルの製造方法。
  8. 【請求項8】前記フローティングゲート電極形成用導電
    層は、多結晶シリコン層を厚さ約1000〜3000Å
    形成して、不純物イオンを注入するか、イン・シ・テュ
    ドーピング法でドーピングして形成することを特徴とす
    る請求項記載のEEPROMフラッシュメモリセルの
    製造方法。
  9. 【請求項9】半導体基体上にEEPROMフラッシュメ
    モリデバイスを製造する方法において、 半導体基体上にフィールド領域と素子領域とを区分して
    形成した後、ゲート絶縁層を形成し、その上に第1の方
    向に配列された多数のストライプ状のフローティングゲ
    ート電極形成用導電層を形成する工程と、 その上に中間絶縁層を形成し、その上にコントロールゲ
    ート電極形成用導電層と上部絶縁層を順次形成する工程
    と、 前記中間絶縁層をエッチング停止層として、前記上部絶
    縁層と前記コントロールゲート電極形成用導電層とをエ
    ッチングし、コントロールゲート電極を第2の方向に形
    成する工程と、 その上に絶縁層を形成した後、エッチバックして、前記
    コントロールゲート電極の側壁に側壁絶縁層を形成する
    工程と、 前記コントロールゲート電極上の前記上部絶縁層と前記
    側壁絶縁層とをマスクとして、前記フローティングゲー
    ト電極形成用導電層をエッチングしてフローティングゲ
    ート電極を形成する工程と、 所定の不純物を高濃度にイオン注入した後、熱酸化工程
    を行ない、前記フローティングゲート電極の露出した部
    分にトンネル絶縁層を形成して、前記注入したイオンを
    拡散させて一方が共通、他方が各々のソース・ドレイン
    領域を形成する工程と、 消去電極形成用導電層を形成してフォトエッチング工程
    により前記フローティングゲート電極と少なくとも1個
    所で前記トンネル絶縁層を介して接する消去電極を形成
    する工程とを含んで成ることを特徴とするEEPROM
    フラッシュメモリデバイスの製造方法。
  10. 【請求項10】前記ゲート絶縁層は、シリコン酸化膜を
    厚さ約150〜400Åに形成し、前記トンネル絶縁層
    は、シリコン酸化膜を厚さ約200〜500Åに形成す
    ることを特徴とする請求項記載のEEPROMフラッ
    シュメモリデバイスの製造方法。
  11. 【請求項11】前記フローティングゲート電極形成用導
    電層は、多結晶シリコン層を厚さ約1000〜3000
    Åに形成して、不純物イオンを注入するか、イン・シ・
    テュドーピング法でドーピングして形成することを特徴
    とする請求項記載のEEPROMフラッシュメモリデ
    バイスの製造方法。
  12. 【請求項12】前記中間絶縁層はシリコン酸化膜−シリ
    コン窒化膜−シリコン酸化膜の積層膜で形成し、その有
    効酸化膜の厚さを約150〜400Åに形成することを
    特徴とする請求項記載のEEPROMフラッシュメモ
    リデバイスの製造方法。
  13. 【請求項13】前記コントロールゲート電極形成用導電
    層は、多結晶シリコン層を厚さ約3000Åに形成し、
    不純物イオンを注入するか、イン・シ・テュドーピング
    法でドーピングして形成することを特徴とする請求項
    記載のEEPROMフラッシュメモリデバイスの製造方
    法。
  14. 【請求項14】前記消去電極形成用導電層は、多結晶シ
    リコン層を厚さ2000〜4000Åに形成し、前記コ
    ントロールゲート電極のラインと垂直方向に多数の前記
    消去電極を形成することを特徴とする請求項記載のE
    EPROMフラッシュメモリデバイスの製造方法。
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