JP2910369B2 - 浮遊ゲート型半導体記憶装置の製造方法 - Google Patents

浮遊ゲート型半導体記憶装置の製造方法

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JP2910369B2 JP3359817A JP35981791A JP2910369B2 JP 2910369 B2 JP2910369 B2 JP 2910369B2 JP 3359817 A JP3359817 A JP 3359817A JP 35981791 A JP35981791 A JP 35981791A JP 2910369 B2 JP2910369 B2 JP 2910369B2
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武 岡澤
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体記憶装置に関し、
特に微細化による高集積化の可能な浮遊ゲート構造の記
憶セルを有する半導体記憶装置の製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】この種の従来の記憶装置の最終的な構造
を図2〜図3に示す。図3は図2のA−A’線に沿った
断面図である。
【0003】図2において、18はフィールド酸化膜、
20,21はMOS型記憶装置のドレイン、22はソー
ス、14A,14Bは浮遊ゲート、19は制御ゲート、
23,24はドレインの電位を外部へ引き出すための配
線25,26とのコンタクトホールを示している。
【0004】図3に示すような一導電型シリコン基板1
1の表面に第1及び第2のゲート絶縁膜12,13と、
それら第1,第2のゲート絶縁膜12,13に、はさま
れたフィールド絶縁膜18を有する構造で、多結晶シリ
コンよりなる第1及び第2の浮遊ゲート14A,14B
は、それぞれ第1及び第2のゲート絶縁膜12,13上
から、フィールド絶縁膜18上へ一部が延在している。
また、第1及び第2の浮遊ゲート14A,14Bを被っ
て浮遊ゲート上に絶縁膜16が形成され、さらに、それ
らの絶縁膜16上には制御ゲート19が形成され、最後
に、制御ゲート19を被う層間膜27上に第1及び第2
の配線25,26を設け、これらは記憶装置をマトリク
ス状に配列した場合の列線になっている。
【0005】次に、従来技術の問題を明確にするため
に、図8〜図11を参照して従来の浮遊ゲート型半導体
記憶装置の製造方法を説明する。
【0006】まず、図8に示すように、一導電型シリコ
ン基板11の表面に、例えば、選択酸化法によりフィー
ルド絶縁膜18を成長させ、フィールド絶縁膜18を除
く領域に、第1及び第2のゲート絶縁膜12,13を生
長させる。ここで記憶装置相互の電気的絶縁分離を完全
におこなう目的で、従来例ではフィールド絶縁膜は、例
えば、8000オングストローム程度に成長させてい
た。
【0007】次に、第1及び第2のゲート絶縁膜12,
13及びフィールド絶縁膜18を被って浮遊ゲート用の
導体膜14を形成する。その後この浮遊ゲート用導体膜
14を所定のパターンに加工するためのフォトレジスト
マスク28を形成する。このフォトレジストマスク28
はフィールド18上に開孔部を有する。その後フォトレ
ジストマスク28をエッチングマスクにして導体膜14
のフォトレジストに被われていない領域a’をエッチン
グ除去する(図9)。
【0008】次に、絶縁膜16を構造全体に形成し(図
10)、さらに制御ゲート19と、層間膜27を順次形
成し(図11)、最後に、図3に示した列線となる第1
及び第2の配線25,26を形成する。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】この従来の浮遊ゲート
型半導体記憶装置では、浮遊ゲート用導体膜14を所定
の形状に加工する際、フォトエッチング工程を用いて不
要な部分(a’)を除去し、所定のパターンを残すが、
従来不要な領域はフィールド絶縁膜上に位置するように
設計されていた。その理由は図2の平面図から明らかな
ように浮遊ゲート14A,14Bに浮遊ゲート型MOS
トランジスタのチャンネル幅領域を完全に被わせるよう
その端部をフィールド酸化膜18上に延在させるためで
ある。したがって、図9に示すようにフィールド絶縁膜
18上で、導体膜14の不要な領域を除くようになって
いた。
【0010】かかる機能上の要請から従来例では、フィ
ールド絶縁膜18の表面の浮遊ゲート14を除去する
際、浮遊ゲートを構成する導体膜14のエッチングと同
時にフィールド絶縁膜18も表面から一部除去され、そ
の結果、フィールド酸化膜18の膜厚の一部が減少し
て、薄くなるという問題点があった。その結果、制御ゲ
ート19をフィールド酸化膜18上に形成すると、制御
ゲート19の下のフィールド酸化膜18が薄くなってい
るところで、寄生MOSトランジスタがオンし、フィー
ルド酸化膜18下の電流経路を経てリーク電流(漏れ電
流)が流れやすくなる。
【0011】一方、上述したフィールド絶縁膜18の一
部が薄くなることを先に見越して、フィールド絶縁膜を
形成する際に余計に厚く形成すると、選択酸化法では、
バーズビークといわれる酸化の際の横方向への広がりが
発生するという問題点が生じる。すなわち、バーズビー
クは選択酸化時の膜厚に比例するため、フィールド絶縁
膜18を厚く、例えば、8000オングストローム形成
すると、それに比例して酸化の横方向への広がりが40
00オングストローム程になり、記憶装置を形成する際
の寸法精度が悪くなり、チップサイズが大型化してい
た。
【0012】
【課題を解決するための手段】本願発明の要旨は、半導
体基板上に選択的に形成されたフィールド絶縁膜両側の
半導体基板表面に第1,第2のゲート絶縁膜をそれそれ
形成する工程と、上記第1,第2のゲート絶縁膜とフィ
ールド絶縁膜をポリシリコン膜で被う工程と、該ポリシ
リコン膜をシリコン酸化膜間に窒化シリコンを介在させ
た絶縁層で被う工程と、フィールド絶縁膜上で上記絶縁
層の一部と該一部に被われていた上記ポリシリコン膜の
一部を除去し上記ポリシリコン膜の膜厚を減少させる工
程と、露出した上記ポリシリコン膜を酸化して酸化物を
フィールド絶縁膜の表面に至らしめ第1,第2の浮遊グ
ートを形成する工程と、分断された上記絶縁層と上記
物土に制御ゲートを上記第1,第2の浮遊ゲートに対
向するよう形成する工程とを有することである。
【0013】
【0014】
【0015】また、フィールド絶縁膜は寄生MOSトラ
ンジスタのオン状態を防止できる限界まで薄くでき、バ
ーズビークを減少できる。
【0016】
【参考例】本発明の参考例を図1を参照して説明する。
図1は図2のA−A’線に沿った断面図に対応する図で
ある。P型シリコン基板11の表面に第1及び第2のゲ
ート絶縁膜12,13と、それらの第1,第2ゲート絶
縁膜12,13を電気的に分離フィールド絶縁膜18が
形成されている。ここで、第1,第2のゲート絶縁膜1
2,13は200オングストローム以下、またフィール
ド絶縁膜18は2000オングストロームが適当であ
る。
【0017】第1及び第2のゲート絶縁膜12,13を
被い、かつ、一部がフィールド絶縁膜18上に延在し
て、第1及び第2の浮遊ゲート14A,14Bが形成さ
れる。第1及び第2の浮遊ゲート14A,14Bは10
19〜1021cm-3程度の不純物濃度でリン等のN型不純物
を含有する多結晶シリコンより成り、膜厚は1000オ
ングストローム程度である。第1及び第2の浮遊ゲート
14A,14Bの上には、それぞれ第1及び第2の浮遊
ゲート上絶縁膜16A,16Bが形成されている。これ
らの第1及び第2の浮遊ゲート上絶縁膜16A,16B
は窒化シリコン等のシリコンの高温熱酸化に際して耐酸
化性を有する膜を中央にはさんで、上層及び下層が酸化
シリコン膜より成る3層膜(酸化シリコン−窒化シリコ
ン−酸化シリコンの3層構造:通常略してONO膜と称
す)により構成される。膜厚は下層の酸化シリコンが1
00オングストローム、窒化シリコンが100オングス
トローム、上層の酸化シリコンが50オングストローム
である。
【0018】第1及び第2の浮遊ゲート14A,14B
の間のフィールド絶縁膜18上には、第1及び第2の浮
遊ゲート14A,14Bを分離するように浮遊ゲート分
離膜29が形成されている。浮遊ゲート分離膜29は2
000オングストロームの膜厚である。第1及び第2の
浮遊ゲート上絶縁膜16A,16B及び浮遊ゲート分離
膜29上には、制御ゲート19がリンを1020〜1021
cm-3の不純物濃度で含有する多結晶シリコンで形成さ
れ、膜厚は1500オングストロームである。この制御
ゲート19は記憶装置マトリクスの行線になる。
【0019】最後に制御ゲート19と絶縁する目的で、
層間膜27が制御ゲート19上に形成され、さらに層間
膜27上には第1,第2の配線25,26が形成されて
いる。
【0020】図4〜図7は参考例の製造方法を示す断面
図である。
【0021】まず、図4に示すように、P型シリコン基
板11の表面に約200オングストロームの第1及び第
2のゲート絶縁膜12,13を形成し、さらに、第1及
び第2のゲート絶縁膜12,13の間には選択酸化法に
より、フィールド絶縁膜18を2000オングストロー
ムの膜厚に形成する。フィールド絶縁膜18の両端部に
は、バーズビークと呼ばれるフィールド絶縁膜が横方向
へ広がった領域b,cが形成されるが、本実施例ではフ
ィールド絶縁膜18が2000オングストロームの膜厚
でよいので、バーズビークの広がりは1000オングス
トローム程度になる。第1,第2のゲート絶縁膜12,
13とフィールド絶縁膜18上には、浮遊ゲート用ポリ
シリコン膜14と、浮遊ゲート上絶縁膜16が順次形成
される。ここでポリシリコン膜14と浮遊ゲート上絶縁
膜16は、前述したようなN型不純物を含有する多結晶
シリコン膜及びONO膜により形成される。
【0022】次に、図5に示すように、フィールド絶縁
膜18の一部aが開孔するようにフォトレジスト28を
所定のパターンに形成し、フォトレジスト28をマスク
にして開孔部aの浮遊ゲート上絶縁膜16を選択的に除
去する。次にフォトレジスト28を除去した後装置全体
を900℃の高温酸化性雰囲気中におき、前述した浮遊
ゲート上絶縁膜16に被われていないポリシリコン膜1
4を選択的に酸化して、酸化シリコンより成る浮遊ゲー
ト分離膜29を成長させる(図6)。このとき、浮遊ゲ
ート上絶縁膜16A,16Bは耐酸化性のONO膜で形
成されているので、浮遊ゲート上絶縁膜16A,16B
に被われた浮遊ゲート14A,14Bは酸化されないで
残る。なお、前述したように浮遊ゲート14A,14B
は1000オングストロームの膜厚であるが、シリコン
の高温熱酸化工程では、約2倍の2000オングストロ
ームの酸化シリコンが形成される。したがって、図6に
示すように、浮遊ゲート分離膜29は浮遊ゲート14
A,14Bよりも厚く凸の形状が得られる。
【0023】次に図7に示すように制御ゲート19、層
間膜27を順次形成し、最後に、アルミより成る配線層
25,26を層間膜27上に形成して図1の構造を得
る。
【0024】
【実施例】 図12〜図15は本発明の実施例を示す。図
12は浮遊ゲート14を2000オングストロームの膜
厚にする点を除いて図4と同じ構造である。本実施例で
参考例と異なり、図13に示すように、フィールド絶
縁膜18上のフォトレジスト28の開孔部aにおいて、
浮遊ゲート上絶縁膜16を除去した後、引き続いて浮遊
ゲート14を1000オングストローム程度エッチング
する。浮遊ゲート14の膜厚はあらかじめ2000オン
グストロームにしておくので、1000オングストロー
ムエッチングすると残りは1000オングストロームに
なる。そこで参考例と同じくONO膜により成る浮遊ゲ
ート上絶縁膜をマスクにして高温熱酸化を施し、開孔部
aに浮遊ゲート分離膜29を形成するが、浮遊ゲート1
4の膜厚が1000オングストロームに減っているの
で、酸化されても浮遊ゲート分離膜29は2000オン
グストローム程度になり、第1,第2の浮遊ゲート14
A,14Bの膜厚とほぼ同じになり、表面が平坦にな
る。その後の工程は図14〜図15に示されるか、参考
と同様である。
【0025】この方法を用いると、開孔部aでの浮遊ゲ
ート14のエッチングという工程が追加されるが、制御
ゲート19の下が平坦なので、制御ゲート19を形成す
る際の断線やエッチング残りと言った製造歩留りの低下
の原因を取り除くことに有効である。
【0026】
【発明の効果】以上説明してきたように本発明では、浮
遊ゲート間の絶縁体が形成されているので、制御ゲート
がフィールド絶縁膜下の寄生MOSトランジスタをオン
させることはなく、リーク電流を防止できるという効果
が得られる。
【0027】また、フィールド絶縁膜は寄生MOSトラ
ンジスタのオン状態を防止できる限り可及的に薄くで
き、バーズビークの発生を防止でき、チップサイズを小
さくできるという効果も得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の参考例を示す断面図である。
【図2】従来例の平面図である。
【図3】従来例の断面図である。
【図4】参考例の工程を示す断面図である。
【図5】参考例の他の工程を示す断面図である。
【図6】参考例の他の工程を示す断面図である。
【図7】参考例の他の工程を示す断面図である。
【図8】従来例の工程を示す断面図である。
【図9】従来例の他の工程を示す断面図である。
【図10】従来例の他の工程を示す断面図である。
【図11】従来例の他の工程を示す断面図である。
【図12】実施例の工程を示す断面図である。
【図13】実施例の他の工程を示す断面図である。
【図14】実施例の他の工程を示す断面図である。
【図15】実施例の他の工程を示す断面図である。
【符号の説明】
11 シリコン基板 12 第1のゲート絶縁膜 18 フィールド絶縁膜 13 第2のゲート絶縁膜 14,14A,14B 浮遊ゲート 16,16A,16B 浮遊ゲート上絶縁膜 19 制御ゲート 20,21 ドレイン 22 ソース 23,24 コンタクト 25,26 配線 27 層間膜 28 フォトレジスト 29 浮遊ゲート分離膜
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01L 27/115 H01L 21/76 H01L 21/8247 H01L 29/788 H01L 29/792

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板上に選択的に形成されたフィ
    ールド絶縁膜両側の半導体基板表面に第1,第2のゲー
    ト絶縁膜をそれぞれ形成する工程と、上記第1,第2の
    ゲート絶縁膜とフィールド絶縁膜をポリシリコン膜で被
    う工程と、該ポリシリコン膜をシリコン酸化膜間に窒化
    シリコンを介在させた絶縁層で被う工程と、フィールド
    絶縁膜上で上記絶縁層の一部と該一部に被われていた上
    記ポリシリコン膜の一部を除去し上記ポリシリコン膜の
    膜厚を減少させる工程と、露出した上記ポリシリコン膜
    を酸化して酸化物をフィールド絶縁膜の表面に至らしめ
    第1,第2の浮遊ゲートを形成する工程と、分断された
    上記絶縁層と上記酸化物上に制御ゲートを上記第1,第
    2の浮遊ゲートに対向するよう形成する工程とを有する
    浮遊ゲート型半導体記憶装置の製造方法。
  2. 【請求項2】 上記絶縁層を一部除去する際に上記ポリ
    シリコン膜の一部の膜厚を略半分に減少させる請求項
    記載の浮遊ゲート型半導体記憶装置の製造方法。
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