JP2950212B2 - 不揮発性半導体記憶装置およびその製造方法 - Google Patents

不揮発性半導体記憶装置およびその製造方法

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JP2950212B2 JP7217834A JP21783495A JP2950212B2 JP 2950212 B2 JP2950212 B2 JP 2950212B2 JP 7217834 A JP7217834 A JP 7217834A JP 21783495 A JP21783495 A JP 21783495A JP 2950212 B2 JP2950212 B2 JP 2950212B2
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film
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、不揮発性半導体記
憶装置に関し、特に、スプリットゲート型メモリセルト
ランジスタを有する不揮発性半導体記憶装置およびその
製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】例えばEPROMに代表されるような、
浮遊ゲート、制御ゲートの2つのゲートを持つ、いわゆ
るスプリットゲート型メモリセルトランジスタを有する
不揮発性半導体記憶装置においては、従来から浮遊ゲー
トと制御ゲートの位置関係によって2種類の型があっ
た。
【0003】まず、第1の型の不揮発性半導体記憶装置
は、浮遊ゲートが下層側、制御ゲートが上層側に位置す
るものであり、この構造について図13を用いて説明す
る。半導体基板1の表面にソース領域2およびドレイン
領域3が形成されている。ソース領域2とドレイン領域
3の間がチャネル領域4である。チャネル領域4は2つ
に分割されており、第1のチャネル領域4a上には第1
のゲート絶縁膜5が形成され、その上に浮遊ゲート電極
6が形成されている。また、浮遊ゲート電極6の上面お
よび側面、第2のチャネル領域4bの表面には第2のゲ
ート絶縁膜7が形成され、その上に制御ゲート電極8が
形成されている。
【0004】そして、これらを覆うように第1の層間絶
縁膜9が形成されている。また、第1の層間絶縁膜9上
にはディジット配線10が形成されており、これは第1
の層間絶縁膜9に形成されたコンタクト孔11を介して
ドレイン領域3と接続されている。さらに、これらを覆
うようにカバー膜12が形成されている。
【0005】そして、第1の型の不揮発性半導体記憶装
置の製造工程においては、浮遊ゲート電極6をパターニ
ングした後に制御ゲート電極8のパターニングを行な
う。この際に、制御ゲート電極8の一方の端部(図13
における左端)ではこの制御ゲート電極8に対して自己
整合的に第2のゲート絶縁膜7、浮遊ゲート電極6の双
方をエッチングするが、他方の端部(図13における右
端)では第2のゲート絶縁膜7をエッチングするだけと
なっている。
【0006】一方、第2の型の不揮発性半導体記憶装置
は、制御ゲートが下層側、浮遊ゲートが上層側に位置す
るものであり、この構造について図14を用いて説明す
る。なお、図14において図13と共通の部分には同一
の符号を付す。半導体基板1の表面にソース領域2およ
びドレイン領域3が形成されている。ソース領域2とド
レイン領域3の間がチャネル領域4である。チャネル領
域は2つに分割されており、第1のチャネル領域4a上
には第1のゲート絶縁膜5が形成され、その上に制御ゲ
ート電極8が形成されている。また、制御ゲート電極8
の上面および側面、第2のチャネル領域4bの表面には
第2のゲート絶縁膜7が形成され、この制御ゲート電極
8上の第2のゲート絶縁膜7上の一部と第2のチャネル
領域4b上の第2のゲート絶縁膜7上に浮遊ゲート電極
6が形成されている。
【0007】そして、これらを覆うように第1の層間絶
縁膜9が形成されている。また、第1の層間絶縁膜9上
にはディジット配線10が形成されており、これは第1
の層間絶縁膜9に形成されたコンタクト孔11を介して
ドレイン領域3と接続されている。さらに、これらを覆
うようにカバー膜12が形成されている。
【0008】そして、第2の型の不揮発性半導体記憶装
置の製造工程においては、制御ゲート電極8をパターニ
ングした後に浮遊ゲート電極6のパターニングを行な
う。その後、浮遊ゲート電極6と制御ゲート電極8に対
して自己整合的にソース領域2およびドレイン領域3を
形成する。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
不揮発性半導体記憶装置においては、第1の型、第2の
型、それぞれの半導体記憶装置に以下のような問題点が
あった。すなわち、第1の型の不揮発性半導体記憶装置
の場合、上述したように、制御ゲート電極8のパターニ
ングの際、制御ゲート電極8の一方の端部ではこの制御
ゲート電極8に対して自己整合的に第2のゲート絶縁膜
7、浮遊ゲート電極6を順次エッチングする。ところ
が、他方の端部では第2のゲート絶縁膜7をエッチング
した後に半導体基板1が露出するため、一方の端部で浮
遊ゲート電極6をエッチングしている間にこちらの端部
では半導体基板1がエッチングされてしまう。すると、
この半導体基板1の掘れはチャネル領域4とソース領域
2との間にオフセットを作ることになると同時に、エッ
チングダメージによる基板の結晶欠陥に起因するリーク
電流の原因となる。
【0010】また、第2の型の不揮発性半導体記憶装置
の場合、上述したように、制御ゲート電極8をパターニ
ングし、第2のゲート絶縁膜7を形成した後、浮遊ゲー
ト電極6のパターニングを行なう。このとき、メモリセ
ルトランジスタのチャネル長は、制御ゲート電極8の幅
と、制御ゲート電極8と重なっていない部分の浮遊ゲー
ト電極6の幅の和で決まる。このため、浮遊ゲート電極
6のパターニングの際に、制御ゲート電極8に対する浮
遊ゲート電極6の位置合わせがずれた場合、チャネル長
が変わってしまう。これはメモリセルトランジスタの特
性が安定して維持できないことにつながり、製品の歩留
が低下することになる。
【0011】そこで、これらの不具合を解消する方法と
して、特開平2−3986号公報に開示された不揮発性
メモリセルの製造方法が提案されている。この方法は、
上記第1の型の不揮発性半導体記憶装置の製造工程と同
様、メモリセルトランジスタ2個分を1単位とするよう
に浮遊ゲート電極をパターニングし、ついで、第2のゲ
ート絶縁膜、制御ゲート電極を順次成長させる。その
後、メモリセルトランジスタを1個分ずつに分割するよ
うに制御ゲート電極のみをパターニングする。そして、
浮遊ゲート電極のみが開孔するようにマスキングを重ね
てからエッチングを行なう。このようにすると、制御ゲ
ート電極の一方の端部では制御ゲート電極と浮遊ゲート
電極を自己整合的に形成することができ、他方の端部で
は半導体基板が掘れるのを防ぐことができる。
【0012】しかしながら、この方法においても以下の
ような問題点があった。すなわち、制御ゲート電極のパ
ターニング時のマスキングにフォトレジストを用いた場
合、次工程で浮遊ゲート電極のみが開孔するようにマス
キングを行なうと、フォトレジスト膜が2重に形成され
ることになるが、この場合、フォトレジストの塗布ムラ
やフォトレジストの溶融といった問題が生じる恐れがあ
る。また、制御ゲート電極のマスキングにシリコン酸化
膜を用いた場合、次工程の浮遊ゲート電極のエッチング
の際、浮遊ゲート電極上に位置する制御ゲート電極上の
シリコン酸化膜もエッチングされてしまうため、シリコ
ン酸化膜がエッチングマスクの役目を完全に果たすこと
ができず、加工性が低下する。そして、このような問題
が生じると、製品の生産は不可能となる。
【0013】本発明は、上記の課題を解決するためにな
されたものであって、メモリセルトランジスタの特性を
安定して維持し得る構造を持った不揮発性半導体記憶装
置およびその製造方法を提供することを目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の不揮発性半導体記憶装置は、半導体基板
の表面に設けられたソース領域およびドレイン領域と、
これらソース領域、ドレイン領域の間のチャネル領域が
分割された第1のチャネル領域および第2のチャネル領
域と、前記第1のチャネル領域上に設けられた第1のゲ
ート絶縁膜と、該第1のゲート絶縁膜上に設けられた制
御ゲート電極と、前記ソース領域およびドレイン領域の
表面を覆うようにそれぞれ設けられた層間絶縁膜と、前
記制御ゲート電極の上面および側面と前記第2のチャネ
ル領域の表面に設けられた第2のゲート絶縁膜と、該第
2のゲート絶縁膜を覆いその両端部が前記層間絶縁膜上
に位置する浮遊ゲート電極とを有するメモリセルトラン
ジスタを備えたことを特徴とするものである。
【0015】もしくは、メモリセルトランジスタの構成
として、半導体基板の表面に設けられたソース領域およ
びドレイン領域と、これらソース領域、ドレイン領域の
間のチャネル領域が分割された第1のチャネル領域およ
び第2のチャネル領域と、前記第1のチャネル領域上に
設けられた第1のゲート絶縁膜と、該第1のゲート絶縁
膜上に設けられた制御ゲート電極と、該制御ゲート電極
上に設けられた第2のゲート絶縁膜と、前記ソース領域
およびドレイン領域の表面を覆うようにそれぞれ設けら
れた層間絶縁膜と、前記制御ゲート電極の側面と該側面
からの上方延長部と前記第2のチャネル領域の表面とに
設けられた第3のゲート絶縁膜と、前記第2、第3のゲ
ート絶縁膜を覆いその両端部が前記層間絶縁膜上に位置
する浮遊ゲート電極とを有するものとしてもよい。ま
た、この構成において、制御ゲート電極と浮遊ゲート電
極を逆にしてもよい。
【0016】一方、本発明の不揮発性半導体記憶装置の
製造方法は、半導体基板上に第1のゲート絶縁膜を介し
て形成した制御ゲート電極に対して自己整合的にソース
領域およびドレイン領域を形成する工程と、該ソース領
域上またはドレイン領域上にあたる前記制御ゲート電極
間に絶縁膜を埋め込む工程と、前記制御ゲート電極のチ
ャネル長方向の一部を除去する工程と、前記制御ゲート
電極の上面および側面と前記制御ゲート電極が除去され
た半導体基板の上面に第2のゲート酸化膜を形成する工
程と、該第2のゲート酸化膜を覆うように浮遊ゲート電
極を形成する工程を有することを特徴とするものであ
る。
【0017】もしくは、半導体基板上に順次形成した第
1のゲート絶縁膜、制御ゲート電極、第2のゲート絶縁
膜、浮遊ゲート電極の第1の部分からなる積層膜に対し
て自己整合的にソース領域およびドレイン領域を形成す
る工程と、該ソース領域上またはドレイン領域上にあた
る前記積層膜間に絶縁膜を埋め込む工程と、前記積層膜
のチャネル長方向の一部を除去する工程と、少なくとも
前記積層膜の側面と該積層膜を除去した半導体基板の上
面に第3のゲート酸化膜を形成する工程と、前記積層膜
を除去した半導体基板の上方に前記第3のゲート酸化膜
を介して浮遊ゲート電極の第2の部分を埋め込む工程
と、前記浮遊ゲート電極の第1の部分、第2の部分を覆
ってこれらを一体化した浮遊ゲート電極を形成する工
程、を有する構成としてもよい。また、この構成におい
て、制御ゲート電極の形成と浮遊ゲート電極の形成を逆
にしてもよい。
【0018】
【発明の実施の形態】以下、本発明の第1の実施の形態
を図1〜図5を参照して説明する。図1は本実施の形態
の不揮発性半導体記憶装置のメモリセルトランジスタ部
分を示す図であり、このメモリセルトランジスタは制御
ゲート電極が下層側、浮遊ゲート電極が上層側に位置す
る従来の第2の型の不揮発性半導体記憶装置に相当する
ものである。図中符号14は半導体基板、15はソース
領域、16はドレイン領域、17aは第1のチャネル領
域、17bは第2のチャネル領域、18は第1のゲート
絶縁膜、19は制御ゲート電極、20は第1の層間絶縁
膜(層間絶縁膜)、21は第2のゲート絶縁膜、22は
浮遊ゲート電極である。
【0019】図1に示すように、半導体基板14の表面
にソース領域15とドレイン領域16が形成され、これ
らソース領域15、ドレイン領域16間のチャネル領域
17が第1のチャネル領域17aと第2のチャネル領域
17bに分れている。そして、第1のチャネル領域17
a上には第1のゲート絶縁膜18、制御ゲート電極19
が順次形成されている。また、ソース領域15上、およ
びドレイン領域16上のコンタクト孔23を除く部分に
は第1の層間絶縁膜20が形成されている。さらに、制
御ゲート電極19の上面および第1の層間絶縁膜20が
接しない側の側面と第2のチャネル領域17bの表面に
は第2のゲート絶縁膜21が形成され、第2のゲート絶
縁膜21を覆い両端がそれぞれ第1の層間絶縁膜20上
に位置する浮遊ゲート電極22が形成されている。メモ
リセルトランジスタ24はこのような構成となってい
る。
【0020】また、浮遊ゲート電極22上には第2の層
間絶縁膜25を介してディジット配線26が形成されて
おり、コンタクト孔23の部分でドレイン領域16と接
続されている。このディジット配線26は各メモリセル
トランジスタ24のドレイン領域16を接続するもので
あり、多数のメモリセルトランジスタ24が図5に示す
ようなNORアレイを構成している。そして、ディジッ
ト配線26上にはカバー膜27が形成されている。
【0021】なお、NORアレイとは、図5に示すよう
に、ワード線28とビット線29の交差する箇所にメモ
リセルトランジスタ24が配置され、メモリセルトラン
ジスタ24のゲート30がワード線28に、ドレイン3
1がビット線29に、ソース32が接地されたものであ
る。そして、多数のメモリセルトランジスタ24、2
4、…がビット線29に対して並列に接続された状態と
なっている。
【0022】以下、上記構成の不揮発性半導体記憶装置
の製造方法について図2〜図4を用いて説明する。ま
ず、図2(a)に示すように、一例として不純物濃度が
1×1015/cm3 のP型シリコン基板14からなるウェ
ハーW上に、第1のゲート絶縁膜18となる膜厚20n
mのシリコン酸化膜33と、制御ゲート電極19となる
リン拡散を行なった膜厚300nmの多結晶シリコン膜
34を順次積層する。
【0023】次に、図2(b)に示すように、既知の方
法で多結晶シリコン膜34をパターニングすることによ
り制御ゲート電極19を形成し、その後、既知の方法に
よりこの制御ゲート電極19に対して自己整合的にソー
ス領域15およびドレイン領域16を形成する。そし
て、図2(c)に示すように、既知の方法により制御ゲ
ート電極19間のソース領域15、ドレイン領域16上
に第1の層間絶縁膜20を埋め込む。
【0024】その後、図2(d)に示すように、既知の
方法により各制御ゲート電極19と第1のゲート絶縁膜
18のチャネル長方向の一部、すなわちソース領域15
側にあたる一部をエッチング、除去する。すると、この
除去した領域が第2のチャネル領域17bとなる。そし
て、図3(e)に示すように、多結晶シリコン膜34と
基板14の表面が露出した部分、すなわち制御ゲート電
極19の上面と第1の層間絶縁膜20が接していない側
の側面、および第2のチャネル領域17bの上面に第2
のゲート絶縁膜21となる膜厚10nmのシリコン酸化
膜35を成長させる。
【0025】次に、図3(f)に示すように、ウェハー
W全体に膜厚200nmの多結晶シリコン膜36を成長
させ、これに濃度5×1014 /cm2 のリンを40keV で
イオン注入した後、既知の方法により両端が第1の層間
絶縁膜20、20上に位置するようにパターニングを行
ない、浮遊ゲート電極22を形成する。ここまでの工程
でメモリセルトランジスタ24が形成される。
【0026】その後、図3(g)に示すように、メモリ
セルトランジスタ24を覆うように膜厚500nmのB
PSG膜からなる第2の層間絶縁膜25を形成する。そ
して、図4(h)に示すように、ドレイン領域16上の
第1、第2の層間絶縁膜20、25を貫通するように既
知の方法でコンタクト孔23を開孔した後、膜厚100
0nmのアルミニウム膜37をスパッタ法により形成し
てパターニングすることにより、ディジット配線26を
形成する。最後に、図4(i)に示すように、メモリセ
ルトランジスタ24およびディジット配線26を覆うよ
うにカバー膜27を形成する。以上の工程を経て、本実
施の形態の不揮発性半導体記憶装置が完成する。
【0027】本実施の形態の製造方法によれば、メモリ
セルトランジスタのチャネル長が制御ゲート電極と浮遊
ゲート電極の位置合わせによって左右される従来の第2
の型の不揮発性半導体記憶装置の場合と異なり、制御ゲ
ート電極19を一旦パターニングした後、浮遊ゲート電
極22を形成する前に、制御ゲート電極19に対して自
己整合的にソース領域15、ドレイン領域16を形成す
るため、メモリセルトランジスタ24のチャネル長が制
御ゲート電極19の寸法のみによって一義的に決まるこ
とになる。したがって、メモリセルトランジスタ特性の
製造バラツキを低減することができ、製品の歩留を安定
して維持することができる。
【0028】また、従来の第1の型の不揮発性半導体記
憶装置の場合、上側のゲート電極(制御ゲート電極)の
パターニングの際、一方の端部ではこのゲート電極に対
して自己整合的に下側のゲート電極(浮遊ゲート電極)
をエッチングする一方、他方の端部で半導体基板が露出
していた、すなわちパターン両端の構造が非対称であっ
た。これに対して、本実施の形態の製造方法の場合、図
3(f)に示すように、上側のゲート電極(浮遊ゲート
電極22)のパターニングの際、双方の端部とも下側の
ゲート電極(制御ゲート電極19)を自己整合的にエッ
チングするようなことはなく、第1の層間絶縁膜20の
上面までエッチングすればよい構造となっている、すな
わちパターン両端の構造が対称的である。したがって、
従来の場合のように、半導体基板が掘れることがなく、
チャネル領域とソース領域の間のオフセットや、基板の
結晶欠陥に起因するリーク電流の発生を防止することが
できる。
【0029】以下、本発明の第2の実施の形態を図6〜
図10を参照して説明する。図6は本実施の形態の不揮
発性半導体記憶装置のメモリセルトランジスタ部分を示
す図であり、このメモリセルトランジスタも第1の実施
の形態と同様、上層側が浮遊ゲート電極、下層側が制御
ゲート電極の型のものである。また、第2の実施の形態
が第1の実施の形態と異なる点は、(1)製造工程にお
いてソース、ドレイン領域を形成する際の自己整合用マ
スクに制御ゲート電極単層ではなく、浮遊ゲート電極、
第2のゲート絶縁膜、制御ゲート電極の3層を用いた
点、(2)メモリセルアレイの構成をNOR方式からN
AND方式に代えた点、の2点である。なお、図6にお
いて図1と共通の部分には同一の符号を付す。
【0030】図6に示すように、半導体基板14の表面
にソースまたはドレイン領域39、39が形成され、こ
れらソースまたはドレイン領域39間のチャネル領域1
7が第1のチャネル領域17aと第2のチャネル領域1
7bに分れている。そして、第1のチャネル領域17a
上には第1のゲート絶縁膜18、制御ゲート電極19、
第2のゲート絶縁膜21が順次積層されている。また、
ソースまたはドレイン領域39上には第1の層間絶縁膜
20が形成されている。さらに、制御ゲート電極19の
第1の層間絶縁膜20が接しない側の側面およびその上
方に延びる部分と第2のチャネル領域17b上には第3
のゲート絶縁膜40が形成され、第2、第3のゲート絶
縁膜21、40を覆い両端がそれぞれ第1の層間絶縁膜
20上に位置する浮遊ゲート電極22が形成されてい
る。メモリセルトランジスタ41はこのような構成とな
っている。
【0031】そして、浮遊ゲート電極22および第1の
層間絶縁膜20を覆うように第2の層間絶縁膜25が形
成され、その上方にはカバー膜27が形成されている。
このメモリセルトランジスタ41はコンタクト孔が不要
であり、図10に示すNAND方式のメモリセルアレイ
を構成するものである。なお、NANDアレイとは、図
10に示すように、複数のメモリセルトランジスタ4
1、41、…を直列に接続して集積度を高くした構成の
ものである。
【0032】以下、上記構成の不揮発性半導体記憶装置
の製造方法について図7〜図9を用いて説明する。ま
ず、図7(a)に示すように、一例として不純物濃度が
8×1016/cm3 のP型シリコン基板14からなるウェ
ハーW上に、第1のゲート絶縁膜18となる膜厚25n
mのシリコン酸化膜33と、制御ゲート電極19となる
リン拡散を行なった膜厚300nmの多結晶シリコン膜
34と、第2のゲート絶縁膜21となる膜厚10nmの
シリコン酸化膜、膜厚12nmのシリコン窒化膜、膜厚
8nmのシリコン酸化膜の3層積層膜42(3層を一括
して図示する)と、最終的に浮遊ゲート電極22となる
リン拡散を行なった膜厚400nmの多結晶シリコン膜
36を順次積層する。
【0033】次に、図7(b)に示すように、既知の方
法で多結晶シリコン膜36、3層積層膜42、多結晶シ
リコン膜34からなる積層膜をパターニングすることに
より浮遊ゲート電極の第1の部分22a、第2のゲート
絶縁膜21、制御ゲート電極19を形成し、既知の方法
によりこの積層膜22a、21、19に対して自己整合
的にソースまたはドレイン領域39を形成する。そし
て、図7(c)に示すように、既知の方法により前記積
層膜間のソースまたはドレイン領域39上に第1の層間
絶縁膜20を埋め込む。
【0034】その後、図8(d)に示すように、既知の
方法により前記積層膜22a、21、19および第1の
ゲート絶縁膜18のチャネル長方向の一部をエッチン
グ、除去する。すると、積層膜22a、21、19を残
した領域が第1のチャネル領域17aに、積層膜22
a、21、19を除去した領域が第2のチャネル領域1
7bになる。そして、図8(e)に示すように、積層膜
22a、21、19の上面と第1の層間絶縁膜20が接
していない側の側面、および第2のチャネル領域17b
の上面に第3のゲート絶縁膜40となる膜厚8nmのシ
リコン酸化膜43を成長させ、第2のチャネル領域17
b上にこのシリコン酸化膜43を介して浮遊ゲート電極
の第2の部分22bとなる多結晶シリコン36を既知の
方法により埋め込む。
【0035】次に、図8(f)に示すように、既知の方
法により浮遊ゲート電極の第1の部分22aの上面のシ
リコン酸化膜を除去する。そして、図9(g)に示すよ
うに、ウェハーW全体にリン拡散を行なった膜厚150
nmの多結晶シリコン膜36を成長させた後、既知の方
法により両端が第1の層間絶縁膜20、20上に位置す
るようにパターニングを行なうと、この多結晶シリコン
膜36と、積層膜の最上層の多結晶シリコン膜(浮遊ゲ
ート電極の第1の部分22a)と、第2のチャネル領域
上に埋め込んだ多結晶シリコン膜(浮遊ゲート電極の第
2の部分22b)が一体化することにより、これが浮遊
ゲート電極22となる。ここまでの工程でメモリセルト
ランジスタ41が形成される。
【0036】その後、図9(h)に示すように、メモリ
セルトランジスタ41を覆うように膜厚800nmのB
PSG膜からなる第2の層間絶縁膜25を形成する。そ
して、図9(i)に示すように、膜厚1000nmのP
SG膜からなるカバー膜27を形成する。以上の工程を
経て、本実施の形態の不揮発性半導体記憶装置が完成す
る。
【0037】本実施の形態の製造方法においても、第1
の実施の形態と同様の効果を奏することができる。すな
わち、浮遊ゲート電極の第1の部分22a、第2のゲー
ト絶縁膜21、制御ゲート電極19からなる積層膜に対
して自己整合的にソースまたはドレイン領域39を形成
することにより、メモリセルトランジスタ41のチャネ
ル長がゲート電極の位置合わせ等に関係なく、一義的に
決まるため、メモリセルトランジスタの特性バラツキが
低減でき、製品の歩留を安定して維持することができ
る。
【0038】また、図9(g)に示すように、浮遊ゲー
ト電極22のパターニングの際、双方の端部とも浮遊ゲ
ート電極22に対して制御ゲート電極19を自己整合的
にエッチングすることはなく、第1の層間絶縁膜20の
上面までエッチングすればよいため、半導体基板14が
掘れることがなく、チャネル領域とソースまたはドレイ
ン領域の間のオフセットや、基板の結晶欠陥に起因する
リーク電流の発生を防止することができる。
【0039】以下、本発明の第3の実施の形態を図11
および図12を参照して説明する。図11は本実施の形
態の不揮発性半導体記憶装置のメモリセルトランジスタ
部分を示す図であり、このメモリセルトランジスタは、
浮遊ゲート電極が下側、制御ゲート電極が上側の従来の
第1の型の不揮発性半導体記憶装置に相当するものであ
る。そして、第3の実施の形態では、(1)製造工程に
おいてソース、ドレイン領域を形成する際の自己整合用
マスクに制御ゲート電極、第2のゲート絶縁膜、浮遊ゲ
ート電極の3層構造を用いた点、(2)メモリセルアレ
イの構成を仮想接地方式とした点、の2つの特徴点を有
している。なお、図11においても図1および図6と共
通の部分には同一の符号を付す。
【0040】図11に示すように、本実施の形態のメモ
リセルトランジスタ44は、第2の実施の形態のメモリ
セルトランジスタ41と構造的に概ね類似しており、異
なる点は、浮遊ゲート電極22と制御ゲート電極19の
上下の位置関係が逆転している点と、上層側の制御ゲー
ト電極19がソースまたはドレイン領域39上に形成さ
れた第1の層間絶縁膜20の全面を覆っている点、の2
点である。そして、このメモリセルトランジスタ44は
コンタクト孔が不要であるとともに、ソース領域または
ドレイン領域、すなわちメモリセルトランジスタ44の
接地側が状況によって切り替わって動作を行なうように
なっており、図12に示す仮想接地方式のメモリセルア
レイを構成している。
【0041】また、本実施の形態の不揮発性半導体記憶
装置の製造方法については第2の実施の形態における製
造方法とほぼ同様のため、説明を省略する。そして、本
実施の形態においても第1、第2の実施の形態と同様の
効果を奏することができる。
【0042】なお、上記実施の形態の説明に用いた各膜
の種類や膜厚、不純物濃度等については、これら実施の
形態に限るものでは勿論なく、適宜変更することが可能
である。また、これら各実施の形態を基本として、本発
明はさらに以下の態様を採ることが可能である。 (1)各実施の形態のメモリセルトランジスタのいずれ
かの構造にNOR方式のメモリセルアレイ構成を適用す
る。 (2)各実施の形態のメモリセルトランジスタのいずれ
かの構造にNAND方式のメモリセルアレイ構成を適用
する。 (3)各実施の形態のメモリセルトランジスタのいずれ
かの構造に仮想接地方式のメモリセルアレイ構成を適用
する。 したがって、上記各実施の形態におけるコンタクト孔や
配線の構成、およびそれに係わる製造工程に関しては、
上記のいずれのメモリセルアレイ構成を採用するかによ
って適宜変更されるものである。
【0043】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明の
不揮発性半導体記憶装置によれば、メモリセルトランジ
スタのチャネル長が制御ゲート電極と浮遊ゲート電極の
位置合わせに影響を受ける従来の不揮発性半導体記憶装
置の場合と異なり、下層側のゲート電極もしくはこのゲ
ート電極を含む積層膜に対して自己整合的にソース領
域、ドレイン領域を形成するため、メモリセルトランジ
スタのチャネル長がこのゲート電極の寸法のみによって
一義的に決まることになる。したがって、メモリセルト
ランジスタ特性の製造バラツキを低減することができ、
製品の歩留を安定して維持することができる。また、上
層側のゲート電極のパターニングの際に第1の層間絶縁
膜の上面までエッチングすれば、半導体基板の掘れをな
くし、チャネル領域とソース領域の間のオフセットや基
板の結晶欠陥に起因するリーク電流の発生を防止するこ
とができる。また、本発明の不揮発性半導体記憶装置の
製造方法によれば、上記の利点を有する不揮発性半導体
記憶装置を確実に製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態の不揮発性半導体記
憶装置のメモリセルトランジスタ部分を示す縦断面図で
ある。
【図2】同、不揮発性半導体記憶装置の製造工程を順を
追って示すプロセス・フロー図である。
【図3】同、図2の続きを示すプロセス・フロー図であ
る。
【図4】同、図3の続きを示すプロセス・フロー図であ
る。
【図5】同、実施の形態のメモリセルトランジスタのメ
モリセルアレイ構成を示す図である。
【図6】本発明の第2の実施の形態の不揮発性半導体記
憶装置のメモリセルトランジスタ部分を示す縦断面図で
ある。
【図7】同、不揮発性半導体記憶装置の製造工程を順を
追って示すプロセス・フロー図である。
【図8】同、図7の続きを示すプロセス・フロー図であ
る。
【図9】同、図8の続きを示すプロセス・フロー図であ
る。
【図10】同、実施の形態のメモリセルトランジスタの
メモリセルアレイ構成を示す図である。
【図11】本発明の第3の実施の形態の不揮発性半導体
記憶装置のメモリセルトランジスタ部分を示す縦断面図
である。
【図12】同、実施の形態のメモリセルトランジスタの
メモリセルアレイ構成を示す図である。
【図13】従来の第1の型の不揮発性半導体記憶装置の
メモリセルトランジスタ部分を示す縦断面図である。
【図14】従来の第2の型の不揮発性半導体記憶装置の
メモリセルトランジスタ部分を示す縦断面図である。
【符号の説明】
14 半導体基板 15 ソース領域 16 ドレイン領域 17 チャネル領域 17a 第1のチャネル領域 17b 第2のチャネル領域 18 第1のゲート絶縁膜 19 制御ゲート電極 20 第1の層間絶縁膜(絶縁膜) 21 第2のゲート絶縁膜 22 浮遊ゲート電極 24,41,44 メモリセルトランジスタ 39 ソースまたはドレイン領域 40 第3のゲート絶縁膜
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭52−63684(JP,A) 特開 平4−277681(JP,A) 特開 平6−302830(JP,A) 特開 平5−275709(JP,A) 特開 平2−3986(JP,A) 特開 平2−110980(JP,A) 特開 平2−110978(JP,A) 特開 平2−2178(JP,A) 特開 昭60−20583(JP,A)

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 浮遊ゲート電極と制御ゲート電極の2つ
    のゲート電極を有するスプリットゲート型メモリセルト
    ランジスタを備えた不揮発性半導体記憶装置において、 半導体基板の表面に設けられたソース領域およびドレイ
    ン領域と、これらソース領域、ドレイン領域の間のチャ
    ネル領域が分割された第1のチャネル領域および第2の
    チャネル領域と、前記第1のチャネル領域上に設けられ
    た第1のゲート絶縁膜と、該第1のゲート絶縁膜上に設
    けられた制御ゲート電極と、前記ソース領域およびドレ
    イン領域の表面を覆うようにそれぞれ設けられた層間絶
    縁膜と、前記制御ゲート電極の上面および側面と前記第
    2のチャネル領域の表面に設けられた第2のゲート絶縁
    膜と、該第2のゲート絶縁膜を覆いその両端部が前記層
    間絶縁膜上に位置する浮遊ゲート電極とを有するメモリ
    セルトランジスタを備えたことを特徴とする不揮発性半
    導体記憶装置。
  2. 【請求項2】 浮遊ゲート電極と制御ゲート電極の2つ
    のゲート電極を有するスプリットゲート型メモリセルト
    ランジスタを備えた不揮発性半導体記憶装置において、 半導体基板の表面に設けられたソース領域およびドレイ
    ン領域と、これらソース領域、ドレイン領域の間のチャ
    ネル領域が分割された第1のチャネル領域および第2の
    チャネル領域と、前記第1のチャネル領域上に設けられ
    た第1のゲート絶縁膜と、該第1のゲート絶縁膜上に設
    けられた制御ゲート電極と、該制御ゲート電極上に設け
    られた第2のゲート絶縁膜と、前記ソース領域およびド
    レイン領域の表面を覆うようにそれぞれ設けられた層間
    絶縁膜と、前記制御ゲート電極の側面と該側面からの上
    方延長部と前記第2のチャネル領域の表面とに設けられ
    た第3のゲート絶縁膜と、前記第2、第3のゲート絶縁
    膜を覆いその両端部が前記層間絶縁膜上に位置する浮遊
    ゲート電極とを有するメモリセルトランジスタを備えた
    ことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
  3. 【請求項3】 浮遊ゲート電極と制御ゲート電極の2つ
    のゲート電極を有するスプリットゲート型メモリセルト
    ランジスタを備えた不揮発性半導体記憶装置において、 半導体基板の表面に設けられたソース領域およびドレイ
    ン領域と、これらソース領域、ドレイン領域の間のチャ
    ネル領域が分割された第1のチャネル領域および第2の
    チャネル領域と、前記第1のチャネル領域上に設けられ
    た第1のゲート絶縁膜と、該第1のゲート絶縁膜上に設
    けられた浮遊ゲート電極と、該浮遊ゲート電極上に設け
    られた第2のゲート絶縁膜と、前記ソース領域およびド
    レイン領域の表面を覆うようにそれぞれ設けられた層間
    絶縁膜と、前記浮遊ゲート電極の側面と前記第2のチャ
    ネル領域の表面とに設けられた第3のゲート絶縁膜と、
    前記第2、第3のゲート絶縁膜および前記層間絶縁膜
    覆うように設けられた制御ゲート電極とを有するメモリ
    セルトランジスタを備えたことを特徴とする不揮発性半
    導体記憶装置。
  4. 【請求項4】 浮遊ゲート電極と制御ゲート電極の2つ
    のゲート電極を有するスプリットゲート型メモリセルト
    ランジスタを備えた不揮発性半導体記憶装置の製造方法
    において、 半導体基板上に第1のゲート絶縁膜を介して形成した制
    御ゲート電極に対して自己整合的にソース領域およびド
    レイン領域を形成する工程と、該ソース領域上またはド
    レイン領域上にあたる前記制御ゲート電極間に絶縁膜を
    埋め込む工程と、前記制御ゲート電極のチャネル長方向
    の一部を除去する工程と、前記制御ゲート電極の上面お
    よび側面と前記制御ゲート電極が除去された半導体基板
    の上面に第2のゲート酸化膜を形成する工程と、該第2
    のゲート酸化膜を覆うように浮遊ゲート電極を形成する
    工程、を有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。
  5. 【請求項5】 浮遊ゲート電極と制御ゲート電極の2つ
    のゲート電極を有するスプリットゲート型メモリセルト
    ランジスタを備えた不揮発性半導体記憶装置の製造方法
    において、 半導体基板上に順次形成した第1のゲート絶縁膜、制御
    ゲート電極、第2のゲート絶縁膜、浮遊ゲート電極の第
    1の部分からなる積層膜に対して自己整合的にソース領
    域およびドレイン領域を形成する工程と、該ソース領域
    上またはドレイン領域上にあたる前記積層膜間に絶縁膜
    を埋め込む工程と、前記積層膜のチャネル長方向の一部
    を除去する工程と、少なくとも前記積層膜の側面と該積
    層膜を除去した半導体基板の上面に第3のゲート酸化膜
    を形成する工程と、前記積層膜を除去した半導体基板の
    上方に前記第3のゲート酸化膜を介して浮遊ゲート電極
    の第2の部分を埋め込む工程と、前記浮遊ゲート電極の
    第1の部分、第2の部分を覆ってこれらが一体化した浮
    遊ゲート電極を形成する工程、を有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。
  6. 【請求項6】 浮遊ゲート電極と制御ゲート電極の2つ
    のゲート電極を有するスプリットゲート型メモリセルト
    ランジスタを備えた不揮発性半導体記憶装置の製造方法
    において、 半導体基板上に順次形成した第1のゲート絶縁膜、浮遊
    ゲート電極、第2のゲート絶縁膜、制御ゲート電極の第
    1の部分からなる積層膜に対して自己整合的にソース領
    域およびドレイン領域を形成する工程と、該ソース領域
    上またはドレイン領域上にあたる前記積層膜間に絶縁膜
    を埋め込む工程と、前記積層膜のチャネル長方向の一部
    を除去する工程と、少なくとも前記積層膜の側面と該積
    層膜を除去した半導体基板の上面に第3のゲート酸化膜
    を形成する工程と、前記積層膜を除去した半導体基板の
    上方に前記第3のゲート酸化膜を介して制御ゲート電極
    の第2の部分を埋め込む工程と、前記制御ゲート電極の
    第1の部分、第2の部分を覆ってこれらが一体化した制
    御ゲート電極を形成する工程、を有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。
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