JP3494458B2 - 半導体不揮発性記憶装置及びその製造方法 - Google Patents

半導体不揮発性記憶装置及びその製造方法

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JP3494458B2 JP24924493A JP24924493A JP3494458B2 JP 3494458 B2 JP3494458 B2 JP 3494458B2 JP 24924493 A JP24924493 A JP 24924493A JP 24924493 A JP24924493 A JP 24924493A JP 3494458 B2 JP3494458 B2 JP 3494458B2
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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、電気的に書き換えので
きる半導体不揮発性記憶装置(メモリ)及びその製造方
法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、このような分野の技術としては、
例えば、『「A NEW FLASH−ERASE E
EPROM CELL WITH A SIDEWAL
L SELECT−GATE ON ITS SOUR
CE SIDE」,K.Naruke et al.,
IEDM89 pp603』に開示されるような、サイ
ドウォール型セレクトゲートを有する半導体不揮発性メ
モリは、メモリセル面積の増加を抑えながら、セレクト
ゲートを付加することにより、高集積と高性能を同時に
達成しようとするものである。
【0003】図3はかかる従来の半導体不揮発性メモリ
セルの断面図である。
【0004】図3に示すように、Si単結晶基板11上
に極薄のトンネル酸化膜12を介してフローティングゲ
ート13、更に、絶縁膜14を介してコントロールゲー
ト15を積層状に形成し、前記積層したフローティング
ゲート13、及びコントロールゲート15の一方側にサ
イドウォール型のセレクトゲート17を配し、更に、ド
レイン拡散層18、ソース拡散層19をSi単結晶基板
11の表面に配するという構造になっている。
【0005】ここで、前記セレクトゲート17は、積層
したフローティングゲート13及びコントロールゲート
15を形成し、ゲート酸化膜16を形成した後、例え
ば、不純物をドーピングした多結晶シリコン膜を500
0Å積層し、異方性エッチングを施すことにより、積層
したフローティングゲート13、及びコントロールゲー
ト15の側壁に、サイドウォール状に前記多結晶シリコ
ン膜を残すことができ、前記サイドウォール型のセレク
トゲート17とすることが可能である。なお、多結晶シ
リコン膜の膜厚が5000Åの場合、前記セレクトゲー
ト17のゲート長L2 は0.4μm程度となる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の半導体メモリセルにおいては、前記フローティ
ングゲート13あるいは前記コントロールゲート15の
ゲート長L1 は、製造ラインのリソグラフィの限界以下
にはできないので、例えば、0.6μmルールでは0.
6μmが最小寸法となる。
【0007】他方、前記セレクトゲート17のゲート長
2 は、このセレクトゲート17のトランジスタ(T
r)パンチスルー限界まで縮小することが可能であるた
め、例えば、0.4μmとリソグラフィ限界以下とする
ことができるが、前記ゲート長L1 と前記ゲート長L2
を合計すると1.0μmと大きな値となってしまうとい
う問題点があった。
【0008】なお、前記セレクトゲート17のゲート長
2 は、前記ゲート酸化膜16の膜厚や前記ソース拡散
層19の横方向拡散、さらには動作電圧等によって決ま
る値であり、上記の0.4μmという値は、前記ゲート
酸化膜16の膜厚が250Å、前記ソース拡散層19の
深さが約0.2μmの場合の値である。
【0009】本発明は、以上述べた前記ゲート長L1
2 の和が大きいという問題点を除去するため、ゲート
長(L1 とL2 の和)を小さくできる高集積に適した半
導体不揮発性記憶装置及びその製造方法を提供すること
を目的とする。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、 〔1〕半導体不揮発性記憶装置において、フローティン
グゲートと絶縁膜とコントロールゲートとで構成される
積層構造部を有し、この積層構造部に隣りあって配置さ
れたセレクトゲートを有する半導体不揮発性記憶装置に
おいて、前記積層構造部のゲート長方向の長さは前記セ
レクトゲートのゲート長方向の長さより短く、かつ前記
セレクトゲート上を前記コントロールゲートが覆わない
構成するようにしたものである。
【0011】〔2〕上記〔1〕記載の半導体不揮発性記
憶装置において、前記積層構造部を構成するフローティ
ングゲートは前記コントロールゲートの側壁に絶縁膜を
介して配置されるようにしたものである。
【0012】〔3〕上記〔2〕記載の半導体不揮発性記
憶装置において、前記フローティングゲートは屈曲形状
を有するようにしたものである。
【0013】〔4〕半導体不揮発性記憶装置の製造方法
において、半導体下地上に第1の酸化膜を介してセレク
トゲートを設ける工程と、前記セレクトゲート上及び前
記半導体下地上に第2の酸化膜を設ける工程と、前記第
2の酸化膜上にフローティングゲートのための第1の多
結晶シリコン膜を設ける工程と、前記第1の多結晶シリ
コン膜上に第3の絶縁膜を設ける工程と、前記第3の絶
縁膜上にコントロールゲートのための第2の多結晶シリ
コン膜を設ける工程と、異方性エッチングにより、前記
第2の酸化膜、前記第1の多結晶シリコン膜、前記第3
の酸化膜、前記第2の多結晶シリコン膜をそれぞれエッ
チングし、前記セレクトゲートの少なくとも一方の側壁
側にこれらの膜を残存させる工程と、を含むようにした
ものである。
【0014】〔5〕上記〔4〕記載の半導体不揮発性記
憶装置において、前記第2の酸化膜は前記第1の酸化膜
より薄く設けられるようにしたものである。
【0015】
【作用】本発明によれば、上記したように構成したの
で、前記セレクトゲートの一方側に前記フローティング
ゲート及び前記コントロールゲートを、リソグラフィ限
界以下の前記ゲート長L11とする。すなわち、ゲート長
11を従来によるリソグラフィ限界、例えば0.6μm
に比べて、0.3μm近傍まで縮小することができる。
【0016】したがって、半導体不揮発性記憶装置の高
集積化を図ることができる。
【0017】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
ながら詳細に説明する。
【0018】図1は本発明の実施例を示す半導体不揮発
性記憶装置の製造工程断面図である。
【0019】(1)まず、図1(a)に示すように、S
i単結晶基板21に、能動領域を確定するようにLOC
OS法等により、フィールド酸化膜を選択的に形成する
(図示なし)。その後、ゲート酸化膜22を250Å、
Si単結晶基板21上に形成し、次いで、不純物をドー
プした単結晶シリコン層を例えば5000Å堆積し、リ
ソグラフィ及びエッチングによりセレクトゲート23を
形成する。
【0020】(2)次いで、図1(b)に示すように、
トンネル酸化膜24、フローティングゲートとなる不純
物をドープした多結晶シリコン層25、絶縁膜26、コ
ントロールゲートとなる不純物をドープした多結晶シリ
コン層27を順次形成する。
【0021】(3)続いて、図1(c)に示すように、
異方性エッチングにより、前記セレクトゲート23の側
方にフローティングゲート25a、前記絶縁膜26a、
コントロールゲート27aよりなる積層膜がサイドウォ
ール状に残るようにエッチング処理する。
【0022】この時、前記サイドウォール積層膜の幅、
すなわち、ゲート長L11は、フローティングゲート25
aとなる多結晶シリコン層25、前記絶縁膜26、前記
コントロールゲート27aとなる多結晶シリコン層27
の、それぞれの膜厚によって制御することができる。例
えば、フローティングゲート25aとなる多結晶シリコ
ン層25の膜厚を1000Å、前記絶縁膜26を200
Å、前記コントロールゲート27aとなる多結晶シリコ
ン層27の膜厚を3000Åとすることで、前記ゲート
長L11が、約0.3μmとなる前記サイドウォール積層
膜を形成することができる。
【0023】しかる後、図1(d)に示すように、前記
セレクトゲート23の一方側の前記サイドウォール積層
膜をレジストで被覆し、他方側の前記サイドウォール積
層膜を除去し、ドレイン拡散層28、ソース拡散層29
を形成する。
【0024】なお、前記サイドウォール積層膜を形成す
る異方性エッチングとして、前記多結晶シリコン膜のエ
ッチングには、Cl系ガスあるいはBr系ガスを用い、
前記絶縁膜が酸化膜を含む膜である場合、F系ガスを用
いたプラズマエッチングが好適である。
【0025】また、上記実施例では、前記セレクトゲー
ト23の一方側のサイドウォール積層膜を除去したが、
これを除去せずに残し、さらなるゲート電極として使用
しても差し支えない。この時、前記ソース拡散層29の
形成を、前記フローティングゲート25aとなる多結晶
シリコン層25の堆積の前に行い、前記セレクトゲート
23と前記ソース拡散層29をオーバーラップするよう
に、つまり、実効ゲート長(前記ドレイン拡散層28と
前記ソース拡散層29の間隔)を、前記一方側の前記サ
イドウォール積層膜を除去する場合と同等にすることが
可能である。
【0026】このように、セレクトゲートを形成した後
に、フローティングゲート、絶縁膜、コントロールゲー
トよりなる積層膜を、セレクトゲートの一方側にサイド
ウォール状に異方性エッチングにより形成するようにし
たので、前記サイドウォール積層膜のゲート長L11を、
従来によるリソグラフィ限界、例えば0.6μmに比べ
て0.3μmとすることができる。
【0027】ここで、セレクトゲート長L21は、リソグ
ラフィによるゲートの場合は(更に微細パターンを形成
する手段を用いた場合はこの限りにあらず)、リソグラ
フィ限界のため、従来法の0.4μmから0.6μmへ
と太くなるが、セレクトゲート長L11とL21の和は、
1.0μmから0.9μmと従来法に比べ小さくするこ
とが可能である。
【0028】その理由は、セレクトゲート23のゲート
酸化膜22は、通常、前記フローティングゲート下の前
記トンネル酸化膜よりも厚いために、前記フローティン
グゲート部分の方が、前記セレクトゲート部分よりもパ
ンチスルー限界となるゲート長11を短くできることによ
る(図2参照)。
【0029】ここで、図2はトランジスタ閾値のゲート
長依存特性図であり、縦軸に閾値(V)、横軸にゲート
長(μm)を示し、○印はセレクトゲートトランジスタ
を、△印はフローティングゲート(電圧の印加なしの場
合)及びコントロールゲート積層トランジスタを示して
いる。
【0030】この図から明らかなように、ここでは、フ
ローティングゲート及びコントロールゲート積層トラン
ジスタのゲート長は0.3μm近傍まで縮小することが
できる。
【0031】また、フローティングゲート部のトランジ
スタがパンチスルーしてはならない場合(カットオフし
なければならない場合)には、電子が、前記フローティ
ングゲートに蓄積されているというメモリ動作を行うこ
とになる。この場合、前記蓄積された電子が、パンチス
ルーを抑止する方向に働くので、本発明による前記サイ
ドウォール積層膜のゲート長L11を、前記0.3μmか
ら、例えば0.25μmと更に細くすることも可能とな
る。
【0032】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能
であり、これらを本発明の範囲から排除するものではな
い。
【0033】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、セレクトゲートを形成した後に、フローティン
グゲート、絶縁膜、コントロールゲートよりなる積層膜
を前記セレクトゲートの一方側にサイドウォール状に異
方性エッチングにより形成するようにしたので、このサ
イドウォール積層膜のゲート長L11を、従来によるリソ
グラフィ限界、例えば0.6μmに比べて、0.3μm
近傍まで縮小することができる。
【0034】したがって、半導体不揮発性記憶装置の高
集積化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を示す半導体不揮発性記憶装置
の製造工程断面図である。
【図2】トランジスタ閾値のゲート長依存特性を示す図
である。
【図3】従来の半導体不揮発性メモリセルの断面図であ
る。
【符号の説明】
21 Si単結晶基板 22 ゲート酸化膜 23 セレクトゲート 24 トンネル酸化膜 25,27 不純物をドープした多結晶シリコン層 25a フローティングゲート 26,26a 絶縁膜 27a コントロールゲート 28 ドレイン拡散層 29 ソース拡散層
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 27/115 H01L 29/788 H01L 29/792

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体不揮発性記憶装置の製造方法にお
    いて、 半導体下地上に第1の酸化膜を介してセレクトゲートを
    設ける工程と、 前記セレクトゲート上及び前記半導体下地上に前記第1
    の酸化膜より薄い第2の酸化膜を設ける工程と、 前記第2の酸化膜上にフローティングゲートのための第
    1の多結晶シリコン膜を設ける工程と、 前記第1の多結晶シリコン膜上に第3の絶縁膜を設ける
    工程と、 前記第3の絶縁膜上にコントロールゲートのための第2
    の多結晶シリコン膜を設ける工程と、 異方性エッチングにより、前記第2の酸化膜、前記第1
    の多結晶シリコン膜、前記第3の絶縁膜、前記第2の多
    結晶シリコン膜をそれぞれエッチングし、前記セレクト
    ゲートの少なくとも一方の側壁側にこれらの膜を残存さ
    せる工程と、 を含むことを特徴とする半導体不揮発性記憶装置の製造
    方法。
  2. 【請求項2】 請求項1記載の半導体不揮発性記憶装置
    の製造方法によって製造された半導体不揮発性記憶装
    置。
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