JP3028984B2 - 不揮発性半導体記憶装置の製造方法 - Google Patents

不揮発性半導体記憶装置の製造方法

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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、EPROM(erasable
and programmable ROM )や、EEPROM(electric
al erasable and programmable ROM)のような不揮発性
半導体記憶装置に係り、特にフローティングゲート構造
を備えた不揮発性半導体記憶装置製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】以下、図4を参照して、従来の不揮発性
半導体記憶装置のメモリセルの構造を説明する。P型シ
リコン基板1上にゲート酸化膜2を介して、フローティ
ングゲート13、絶縁膜17、およびコントロールゲー
ト18がその順に積層形成されている。これらのゲート
および図示しないフィールド酸化膜をマスクとしてN+
領域であるソース領域9とドレイン領域10とが自己整
合によって形成されている。
【0003】このようなメモリセルにおいて、コントロ
ールゲート18に正の高電圧を印加すると、フローティ
ングゲート13に電荷が蓄積され、逆に、コントロール
ゲート18に負の高電圧を印加することにより、前記蓄
積された電荷が消去される。データの読み出しは、コン
トロールゲート18に正の低電圧を印加することによっ
て行われる。このとき、フローティングゲート13に電
荷が蓄積されていれば、チャンネル領域11が反転しな
いので、電流が流れない状態、すなわち、データ「1」
が読み出される。一方、フローティングゲート13に電
荷が蓄積されていなければ、チャンネル領域11が反転
し、電流が流れる状態、すなわち、データ「0」が読み
出される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したメ
モリセルのフローティングゲート13への電荷の注入、
あるいは電荷の消去の効率は、フローティングゲート1
3とコントロールゲート18間の静電容量Cに依存して
いる。すなわち、データの書き込み/消去時にコントロ
ールゲート18に印加される高電圧は、ゲート酸化膜2
および絶縁膜17によって分圧されるが、ゲート酸化膜
2に作用する分圧値が高いほど上記効率が高くなる。そ
のためには、チャンネル領域11とフローティングゲー
ト13間の静電容量C0 に対して、フローティングゲー
ト13とコントロールゲート18間の静電容量Cを大き
くすればよい。静電容量Cを大きくするには、絶縁膜1
7を薄膜化すればよいのであるが、あまり薄くすると絶
縁膜17にピンホールが生じやすくなり、フローティン
グゲート13とコントロールゲート18間の絶縁性が低
下する。そのため、従来の構造の不揮発性半導体記憶装
置では、フローティングゲート13とコントロールゲー
ト18間の静電容量Cを十分大きくすることが困難であ
った。
【0005】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たものであって、フローティングゲートとコントロール
ゲート間の静電容量を大きくすることにより、信号電荷
の書き込み/消去効率の高い不揮発性半導体記憶装置
製造方法を提供することを目的としている。
【0006】(削除)
【0007】
【課題を解決するための手段】 本発明は、このような目
的を達成するために、次のような構成をとる。 すなわ
ち、請求項に記載の発明は、フローティングゲート構
造を持つ不揮発性半導体記憶装置の製造方法であって、
半導体基板上にゲート酸化膜、第1の導電層、および第
1のマスク層をその順に積層形成する第1工程と、前記
第1のマスク層のチャネル形成領域に窓開けを行う第2
工程と、窓開けされた第1のマスク層の上に第2のマス
ク層を形成する第3工程と、第2のマスク層を異方性エ
ッチングすることにより、第1のマスク層の窓開け部分
に第2のマスク層のサイドウォールを形成する第4工程
と、前記第1のマスク層および前記サイドウォールをマ
スクとして、前記第1の導電層の表面部に溝を形成する
第5工程と、前記第5工程の後に、前記第1のマスク層
および前記サイドウォールを除去して、絶縁膜および第
2の導電層を形成する第6工程と、前記第1の導電層、
絶縁膜、および第2の導電層をパターンニングしてフロ
ーティングゲート構造を形成する第7工程と、前記フロ
ーティングゲート構造を形成した後に、ソースおよびド
レイン領域を自己整合で形成する第8工程と、を備えた
ものである。
【0008】(削除)
【0009】
【作用】 請求項に記載の発明によれば、第1のマスク
層のチャネル形成領域に形成された窓部分にサイドウォ
ールを形成し、前記第1のマスク層とサイドウォールを
マスクとして自己整合によって第1の導電層の表面部に
溝を形成し、その上に絶縁膜および第2の導電層を積層
することによりフローティングゲート構造を実現してい
るので、第1の導電層(フローティングゲート)と第2
の導電層(コントロールゲート)との間に、デザインル
ールによって決まる最小寸法よりも小さな溝型キャパシ
タを形成することができる。
【0010】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の一実施例を説
明する。図1は、本発明に係る不揮発性メモリの一実施
例の素子構造を示した断面図である。図1において、図
4と同一符号で示した部分は、従来例と同一構成である
ので、ここでの説明は省略する。本実施例の特徴は、フ
ローティングゲート構造にあり、具体的には、ゲート酸
化膜2の上に凹状のフローティングゲート3と、絶縁膜
7と、凸状のコントロールゲート8とをその順に積層形
成したことにある。これにより、チャンネル領域11と
フローティングゲート3間のゲート酸化膜2の面積に対
して、フローティングゲート3とコントロールゲート8
間の絶縁膜7の面積を大きくすることができるので、チ
ャンネル領域11とフローティングゲート3間の静電容
量C0 に対して、フローティングゲート3とコントロー
ルゲート8間の静電容量Cが大きくなる。その結果、コ
ントロールゲート8に高電圧を印加した場合に、ゲート
酸化膜2に作用する分圧値を大きくすることができ、高
効率で信号電荷の書き込み/消去を行うことができる。
【0011】以下、図2を参照して、図1に示した不揮
発性メモリセルの製造方法を説明する。
【0012】<第1工程> 図2のaに示すように、P型シリコン基板1を熱酸化す
ることにより、その表面にゲート酸化膜2を形成する。
このゲート酸化膜2の上に、CVD(ChemicalVapor De
position)法により、例えば燐をドープしたポリシリコ
ン層3aを形成する。このポリシリコン層3aを熱酸化
することにより、その表面に熱酸化膜(SiO2 )4を
形成する。ここで、ポリシリコン層3aは本発明方法に
おける第1の導電層に相当し、熱酸化膜4は第1のマス
ク層に相当する。
【0013】<第2工程> 図2の(b)に示すように、フォトエッチング法によ
り、熱酸化膜4のチャネル形成領域に窓開けを行う。通
常、この窓寸法はデザインルールによって定まる最小寸
法に設定される。
【0014】<第3工程> 図2の(c)に示すように、窓開けされた熱酸化膜4の
上に、CVD法によりシリコン酸化膜5を積層する。こ
のシリコン酸化膜は本発明方法における第2のマスク層
に相当する。
【0015】<第4工程> 図2の(d)に示すように、シリコン酸化膜5をプラズ
マエッチング等で異方性エッチングすることにより、熱
酸化膜4の窓部分にシリンコン酸化膜5のサイドウォー
ル6を形成する。
【0016】 <第5工程> 図2の(e)に示すように、熱酸化膜4およびサイドウ
ォール6をマスクとして、例えばフッ硝酸溶液によっ
て、ポリシリコン層3aの表面部分を等方性エッチング
して凹状の溝を形成する。ポリシリコン層3aを異方性
エッチングしてもよいが、ダメージを少なくする上で、
上記のようなウエットエッチングが好ましい。
【0017】 <第6工程> 図2の(f)に示すように、例えばフッ酸溶液によって
エッチングして、熱酸化膜4およびサイドウォール6を
除去する。そして、図2の(g)に示すように、ポリシ
リコン層13aを熱酸化することにより、シリコン酸化
膜7aを形成し、さらにその上にCVD法により燐をド
ープしたポリシリコン層8aを形成する。ここで、シリ
コン酸化膜7aは本発明方法における絶縁膜、ポリシリ
コン層8aは第2の導電層に相当する。
【0018】 <第7工程> 図2の(h)に示すように、フォトエッチング法により
パターンニングにして、フローティングゲート3、絶縁
膜7、およびコントロールゲート8からなるフローティ
ングゲート構造を形成する。
【0019】 <第8工程> 上述のゲートおよび図示しないフィールド酸化膜をマス
クとしてイオンインプランテーションを行い、N+ 領域
のソース領域9およびドレイン領域10を自己整合によ
り形成する。以上のようにして、図1に示したメモリセ
ルが形成される。このようにして製造された不揮発性半
導体記憶装置によれば、フローティングゲートとコント
ロールゲート間の絶縁膜の面積を大きくすることによ
り、チャネル領域とフローティングゲート間の静電容量
に対して、フローティングゲートとコントロールゲート
間の静電容量を大きくすることができるので、コントロ
ールゲートに高電圧が印加された際に、ゲート酸化膜に
作用する分圧値を大きくすることができる。これによ
り、フローティングゲートへの信号電荷の注入効率およ
び消去効率が向上するので、データの書き換え/消去を
短時間で行うことができる。また、従来装置と同じ効率
でデータの書き換え/消去を行うならば、より低電圧で
データの書き換え/消去を行うことができる。また、フ
ローティングゲートとコントロールゲート間の絶縁膜の
面積が増えた分だけ、前記絶縁膜の膜厚を厚くすること
もできるから、フローティングゲートとコントロールゲ
ート間の耐圧が向上する。
【0020】図3は、図1に示したメモリトランジスタ
でEEPROMを構成した場合の等価回路図である。図
3において、20は本実施例に係るメモリトランジス
タ、21は選択トランジスタ、22は書き込み用ビット
線、23は読み出し用ビット線、24はワード線であ
る。
【0021】メモリトランジスタ20へのデータの書き
込みは次のように行われる。まず、ビット線23に正の
低電圧を印加して選択トランジスタ21をON状態にす
るとともに、ワード線24に正の高電圧を印加すること
により、特定のメモリトランジスタ20を選択する。そ
して、ビット線22に正の高電圧を印加することによ
り、選択されたメモリセルのメモリトランジスタ20に
信号電荷を蓄積する。
【0022】メモリトランジスタ20からのデータの読
み出しは、ビット線23に正の低電圧を印加して選択ト
ランジスタ21をON状態するとともに、ビット線22
に正の低電圧を印加する。そして、図示しないアドレス
デコーダで特定のワード線24を選択して、読み出され
た信号電荷をセンスアンプに導く。
【0023】信号電荷の消去は次のようにして行われ
る。ビット線23に正の低電圧を印加するとともに、ワ
ード線24に負の高電圧を印加して特定のメモリトラン
ジスタ20を選択し、ビット線22に負の高電圧を印加
することにより、メモリトランジスタ20のデータを消
去する。
【0024】なお、図1に示した実施例では、フローテ
ィングゲート3を凹状態に、コントロールゲート8を凸
状態にして溝型キャパシタを形成したが、これとは逆
に、フローティングゲート3を凸状態に、コントロール
ゲート8を凹状態にそれぞれ形成し、その間に絶縁膜7
を介在させるようにしてよい。
【0025】また、実施例の製造方法の説明では、熱酸
化膜4に形成した窓部分の大きさをデザインルールで決
まる最小寸法に設定した関係で、前記窓部分にサイドウ
ォールを形成し、ポリシリコン層3aの表面部分に溝を
形成したが、本発明に係る不揮発性半導体記憶装置を製
造する方法はこれに限定されない。前記窓部分が最小寸
法よりも大きい場合はサイドウォールを用いる必要はな
い。
【0026】(削除)
【0027】(削除)
【0028】
【発明の効果】 以上の説明から明らかなように 、本発明
に係る不揮発性半導体記憶装置の製造方法によれば、第
1のマスク層の窓部分に形成されたサイドウォールをマ
スクとして、フローティングゲート上に自己整合で溝を
形成しているので、フローティングゲート構造内にデザ
インルールによって決まる最小寸法よりも小さな溝型キ
ャパシタを容易に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施例に係る不揮発性半導体記憶装置の一実
施例の素子構造を示した断面図である。
【図2】図1に示した素子の製造方法の説明図である。
【図3】図1に示した素子でEEPROMを構成した場
合の等価回路図である。
【図4】従来例に係る不揮発性半導体記憶装置の素子構
造を示した断面図である。
【符号の説明】
1…シリコン基板 2…ゲート酸化膜 3…フローティングゲート 3a…ポリシリコン層(第1の導電層) 4…熱酸化膜(第1のマスク層) 5…シリコン酸化膜(第2のマスク層) 6…サイドウォール 7…絶縁膜 7a…シリコン酸化膜 8…コントロールゲート 8a…ポリシリコン層(第2の導電層) 9…ソース領域 10…ドレイン領域 11…チャネル領域
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) H01L 21/8247 H01L 29/788 H01L 29/792

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 フローティングゲート構造を持つ不揮発
    性半導体記憶装置の製造方法であって、 半導体基板上にゲート酸化膜、第1の導電層、および第
    1のマスク層をその順に積層形成する第1工程と、 前記第1のマスク層のチャネル形成領域に窓開けを行う
    第2工程と、 窓開けされた第1のマスク層の上に第2のマスク層を形
    成する第3工程と、 第2のマスク層を異方性エッチングすることにより、第
    1のマスク層の窓開け部分に第2のマスク層のサイドウ
    ォールを形成する第4工程と、 前記第1のマスク層および前記サイドウォールをマスク
    として、前記第1の導電層の表面部に溝を形成する第5
    工程と、 前記第5工程の後に、前記第1のマスク層および前記サ
    イドウォールを除去して、絶縁膜および第2の導電層を
    形成する第6工程と、 前記第1の導電層、絶縁膜、および第2の導電層をパタ
    ーンニングしてフローティングゲート構造を形成する第
    7工程と、 前記フローティングゲート構造を形成した後に、ソース
    およびドレイン領域を自己整合で形成する第8工程と、 を備えた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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