JP3684048B2 - 半導体装置及びその製造方法 - Google Patents
半導体装置及びその製造方法 Download PDFInfo
- Publication number
- JP3684048B2 JP3684048B2 JP27064397A JP27064397A JP3684048B2 JP 3684048 B2 JP3684048 B2 JP 3684048B2 JP 27064397 A JP27064397 A JP 27064397A JP 27064397 A JP27064397 A JP 27064397A JP 3684048 B2 JP3684048 B2 JP 3684048B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- film
- insulating film
- floating gate
- gate electrode
- semiconductor device
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10B—ELECTRONIC MEMORY DEVICES
- H10B69/00—Erasable-and-programmable ROM [EPROM] devices not provided for in groups H10B41/00 - H10B63/00, e.g. ultraviolet erasable-and-programmable ROM [UVEPROM] devices
Landscapes
- Semiconductor Memories (AREA)
- Non-Volatile Memory (AREA)
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、浮遊ゲートと制御ゲートとの複合ゲート構造を有するメモリセル領域を備えた半導体装置及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年、各種携帯用電子機器や家電製品の多機能化に伴い、1チップマイコンに代表されるロジックLSIに、電荷蓄積層を備え、電源との接続を断っても記憶データが保持される不揮発性半導体メモリを集積する技術の重要度が増している。電荷蓄積層としては、浮遊ゲートや窒化膜及び酸化膜の2層膜(NO膜)、酸化膜、窒化膜及び酸化膜の3層膜(ONO膜)等が用いられており、浮遊ゲートをもつ代表的な不揮発性半導体メモリとしてはEEPROMがあり、NO膜を有する不揮発性半導体メモリはMNOSトランジスタ、ONO膜を有する不揮発性半導体メモリはMONOSトランジスタと称されている。
【0003】
また、不揮発性半導体メモリについては、3値以上の所定多値データのうちの1つが記憶される多値メモリ化が進められており、多値型のEEPROMやMNOSトランジスタの一例については特開平8−235886号公報に記載されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、EEPROM等におけるメモリセル構造は、浮遊ゲートと制御ゲート(ワードライン)を備え、この制御ゲートの上に層間絶縁膜を介してビットラインが形成された構造のものが一般的である。
【0005】
しかしながら、近時における半導体装置の微細化及び高集積化の進行に伴い、ビットラインとドレイン拡散層との間にコンタクトをとるために形成するコンタクト孔の孔径も微細化させる必要がある。この場合、このコンタクト孔はその高さに比して孔径の割合が小さくなってアスペクト比が増大する。したがって、このコンタクト孔を形成する際にその位置要求精度がより厳しくなるという問題が生じる。この位置要求精度を緩和するには、このコンタクト孔のアスペクト比をできるだけ小さくする工夫が必要となる。
【0006】
そこで、例えば、ワードラインとビットラインとが同一材料を用いて同時に形成された不揮発性半導体メモリが特開平2−28379号公報に開示されている。この不揮発性半導体メモリにおいては、ワードラインとビットラインとが交差することなく両者が並列して実質的に単層構造に形成される。したがって、ビットコンタクトをとるために形成するコンタクト孔の深さを小さい値、ここではその深さを半導体基板の表面に形成された単層の層間絶縁膜の膜厚と略等しい値とすることができる。
【0007】
ところが、上述の不揮発性半導体メモリには、以下に示すような問題がある。すなわち、ワードラインとビットラインとを交差させることなく並列形成した場合、この不揮発性半導体メモリの動作時において、1本のビットラインの下に存する各コンタクト孔を通じて、このビットラインと電気的に接続された複数のトランジスタが同時に選択されてしまうことになる。したがって、メモリセルアレーの構成上、この不揮発性半導体メモリを正常に作動させることは不可能である。
【0008】
さらに、仮に何らかの方法で上述の問題を回避することができたとしても、この不揮発性半導体メモリにおいては、メモリセルアレーの周辺部にデコーダを配設することができないという問題も生じる。
【0009】
そこで、本発明の目的は、ワードラインとビットラインとが交差するように形成されて正常な作動を可能とし、しかもビットラインがワードラインの下に形成されてビットコンタクトを容易且つ確実にとることを可能として更なる微細化及び高集積化に対応することができる半導体装置を提供することである。
【0010】
また、本発明の別の目的は、ビットコンタクトを容易且つ確実にとることを可能として更なる微細化及び高集積化に対応することができるとともに、浮遊ゲートと制御ゲートとの複合ゲート構造を有するメモリセル領域を形成する際に、例えばこのメモリセル領域の周辺回路領域に単一ゲート構造のトランジスタを形成する場合、メモリセル領域と周辺回路領域とを比較的整合性良く製造することができる半導体装置の製造方法を提供することである。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本発明の半導体装置は、半導体基板上に画定された素子形成領域において前記半導体基板の表面に形成された第1の絶縁膜と、少なくとも前記素子形成領域の前記第1の絶縁膜上にパターン形成された浮遊ゲート電極と、前記素子形成領域の前記半導体基板の表面領域において、前記浮遊ゲート電極の両側に形成された一対の不純物拡散層と、前記浮遊ゲート電極上に、前記浮遊ゲート電極の表面の一部を露出させる第1の開孔が形成された第2の絶縁膜と、少なくとも前記浮遊ゲート電極の露出面を覆う第3の絶縁膜と、前記第1の開孔を埋めるようにパターン形成され、前記浮遊ゲート電極と前記第3の絶縁膜を介して対向して容量結合する対向電極と、前記第2の絶縁膜上の前記対向電極に対応する階層位置に前記対向電極と同一材料で形成され、前記第2の絶縁膜に形成された第2の開孔を通じて一方の前記不純物拡散層と電気的に接続されてなるビットラインと、前記ビットラインを覆うように形成されて前記ビットラインを隣接する前記対向電極から電気的に分離する第4の絶縁膜と、前記第4の絶縁膜上及び前記対向電極上に積層され、前記対向電極と電気的に接続されるとともに、前記ビットラインの上方で当該ビットラインと前記第4の絶縁膜を介して交差するワードラインとを含む。
本発明の半導体装置の一態様では、前記半導体基板上に形成されて前記素子形成領域を画定する素子分離構造を有し、前記浮遊ゲート電極が前記第1の絶縁膜上を含み隣接する2つの前記素子分離構造上にわたる形状に形成されており、前記素子分離構造上において前記浮遊ゲート電極が前記対向電極と前記第3の絶縁膜を介して容量結合するとともに前記ワードラインが前記対向電極と電気的に接続されている。
本発明の半導体装置の一態様では、前記対向電極が、前記第3の絶縁膜を介して前記浮遊ゲート電極を覆うように形成されるとともに、前記素子分離構造上において隣接する2つの前記浮遊ゲート電極と容量結合している。
本発明の半導体装置の一態様では、前記浮遊ゲート電極が、シリコン、二酸化ルテニウム、酸化バナジウム及び酸化インジウムから選ばれた少なくとも1種から構成された膜である。
本発明の半導体装置の一態様では、前記ワードラインが金属膜である。
本発明の半導体装置の一態様では、前記第3の絶縁膜が、窒化膜及び酸化膜が順次堆積されたNO膜、或いは、酸化膜、窒化膜及び酸化膜が順次堆積されたONO膜、或いは、チタン酸鉛、チタン酸鉛・ジルコニウム、チタン酸鉛・ジルコニウム・ランタン、チタン酸ストロンチウム、チタン酸ストロンチウム・バリウム、酸化タンタル、酸化ビスマス、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム及びタングステンブロンズから選ばれた少なくとも1種から構成された膜である。
本発明の半導体装置は、半導体基板上に画定された素子形成領域において前記半導体基板の表面に形成された第1の絶縁膜と、少なくとも前記素子形成領域の前記第1の絶縁膜の上にパターン形成された浮遊ゲート電極と、前記素子形成領域の前記半導体基板の表面領域において、前記浮遊ゲート電極の両側に形成された一対の不純物拡散層と、前記浮遊ゲート電極上に、前記浮遊ゲート電極の表面の一部を露出させる第1の開孔が形成された第2の絶縁膜と、少なくとも前記浮遊ゲート電極の露出面を覆う第3の絶縁膜と、前記第1の開孔を充填し、前記浮遊ゲート電極と前記第3の絶縁膜を介して対向して容量結合する対向電極と、前記第2の絶縁膜上にパターン形成され、前記第2の絶縁膜に形成された第2の開孔を通じて一方の前記不純物拡散層と電気的に接続されてなるビットラインと、前記ビットラインを覆うように形成されて前記ビットラインを近接する前記対向電極から電気的に分離する第4の絶縁膜と、前記第4の絶縁膜上及び前記対向電極上に積層され、前記対向電極と電気的に接続されるとともに、前記ビットラインの上方で当該ビットラインと前記第4の絶縁膜を介して交差するワードラインとを含む。
本発明の半導体装置の一態様では、前記第2の絶縁膜の表面と前記対向電極の表面とがほぼ同一平面内にある。
本発明の半導体装置の一態様では、前記半導体基板上に形成されて前記素子形成領域を画定する素子分離構造を有し、前記浮遊ゲート電極が前記第1の絶縁膜上を含み隣接する2つの前記素子分離構造上にわたる形状に形成されており、前記素子分離構造上において前記浮遊ゲート電極が前記対向電極と前記第3の絶縁膜を介して容量結合するとともに前記ワードラインが前記対向電極と電気的に接続されている。
本発明の半導体装置の一態様では、前記対向電極が、前記第3の絶縁膜を介して前記浮遊ゲート電極を覆うように形成されるとともに、前記素子分離構造上において隣接する2つの前記浮遊ゲート電極と容量結合している。
本発明の半導体装置の一態様では、前記浮遊ゲート電極が、シリコン、二酸化ルテニウム、酸化バナジウム及び酸化インジウムから選ばれた少なくとも1種から構成された膜である。
本発明の半導体装置の一態様では、前記ワードラインが金属膜である。
本発明の半導体装置の一態様では、前記第3の絶縁膜が、窒化膜及び酸化膜が順次堆積されたNO膜、或いは、酸化膜、窒化膜及び酸化膜が順次堆積されたONO膜、或いは、チタン酸鉛、チタン酸鉛・ジルコニウム、チタン酸鉛・ジルコニウム・ランタン、チタン酸ストロンチウム、チタン酸ストロンチウム・バリウム、酸化タンタル、酸化ビスマス、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム及びタングステンブロンズから選ばれた少なくとも1種から構成された膜である。
本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板上の素子領域に第1の絶縁膜を形成する第1の工程と、少なくとも前記第1の絶縁膜上に浮遊ゲート電極をパターン形成する第2の工程と、前記半導体基板の表面領域に不純物を導入して一対の不純物拡散層を形成する第3の工程と、前記浮遊ゲート電極上に第2の絶縁膜を形成する第4の工程と、前記第2の絶縁膜に、前記浮遊ゲート電極の表面の一部を露出させる第1の開孔を形成するとともに、一方の前記不純物拡散層の表面を露出させる第2の開孔を形成する第5の工程と、少なくとも前記第1の開孔内で露出した前記浮遊ゲート電極上に第3の絶縁膜を形成する第6の工程と、前記第1の開孔内を前記第3の絶縁膜を介して埋め込むとともに、前記第2の開孔内を埋め込む膜厚に、前記第2の絶縁膜上を含む全面に導電膜を形成する第7の工程と、前記導電膜をパターニングし、前記第2の導電膜を前記第1の開孔内を埋め込むように島状に残して、前記浮遊ゲート電極と前記第3の絶縁膜を介して容量結合する対向電極をパターン形成するとともに、前記導電膜を前記第2の開孔内を埋め込むように前記第2の絶縁膜上に帯状に残して、一方の前記不純物拡散層と電気的に接続されるビットラインをパターン形成する第8の工程と、前記ビットラインを覆い、前記対向電極を露出させるように、第4の絶縁膜をパターン形成する第9の工程と、前記対向電極上及び前記第4の絶縁膜上に、前記対向電極と電気的に接続するとともに、前記ビットラインの上方で当該ビットラインと前記第4の絶縁膜を介して交差するワードラインをパターン形成する第10の工程とを含む。
本発明の半導体装置の製造方法の一態様では、前記第2の工程において、前記浮遊ゲート電極を、前記第1の絶縁膜上を含み隣接する2つの素子分離構造上にわたる形状に形成する。
本発明の半導体装置の製造方法の一態様では、前記第5の工程において、前記第1の開孔を前記素子分離構造上で隣接する2つの前記浮遊ゲート電極の各端部を露出させるように形成する。
本発明の半導体装置の製造方法の一態様では、前記素子領域とともにトランジスタを備える前記素子領域の周辺回路領域を形成するに際して、前記第4の工程において、前記素子領域側に前記第2の絶縁膜を形成する際に、前記周辺回路領域側には、前記トランジスタの構成要素であるゲート配線を覆うように前記第2の絶縁膜を形成し、前記第5の工程において、前記素子領域側の前記第2の絶縁膜に前記第1及び第2の開孔を形成する際に、前記周辺回路領域側には、前記トランジスタの構成要素である一対の不純物拡散層が形成された前記半導体基板の表面の一部を露出させるように前記第2の絶縁膜に第3の開孔を形成し、前記第7の工程において、前記素子領域に前記導電膜を形成する際に、前記周辺回路領域側には、前記第2の絶縁膜に形成された前記第3の開孔内を含む全面に前記導電膜を形成し、前記第8の工程において、前記素子領域に前記導電膜をパターニングする際に、前記周辺回路領域側には、前記第2の絶縁膜上に形成された前記導電膜を、第3の開孔内に充填するとともに前記第2の絶縁膜上に延在する形状に残す。
本発明の半導体装置の製造方法の一態様では、前記浮遊ゲート電極が、シリコン、二酸化ルテニウム、酸化バナジウム及び酸化インジウムから選ばれた少なくとも1種から構成された膜である。
本発明の半導体装置の製造方法の一態様では、前記ワードラインが金属膜である。
本発明の半導体装置の製造方法の一態様では、前記第3の絶縁膜が、窒化膜及び酸化膜が順次堆積されたNO膜、或いは、酸化膜、窒化膜及び酸化膜が順次堆積されたONO膜、或いは、チタン酸鉛、チタン酸鉛・ジルコニウム、チタン酸鉛・ジルコニウム・ランタン、チタン酸ストロンチウム、チタン酸ストロンチウム・バリウム、酸化タンタル、酸化ビスマス、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム及びタングステンブロンズから選ばれた少なくとも1種から構成された膜である。
本発明の半導体装置の製造方法は、半導体基板上の素子領域に第1の絶縁膜を形成する第1の工程と、少なくとも前記第1の絶縁膜上に浮遊ゲート電極をパターン形成する第2の工程と、前記半導体基板の表面領域に不純物を導入して一対の不純物拡散層を形成する第3の工程と、前記浮遊ゲート電極上に第2の絶縁膜を形成する第4の工程と、前記第2の絶縁膜に、前記浮遊ゲート電極の表面の一部を露出させる第1の開孔を形成するとともに、一方の前記不純物拡散層の表面を露出させる第2の開孔を形成する第5の工程と、少なくとも前記第1の開孔内で露出した前記第1の導電膜上に第3の絶縁膜を形成する第6の工程と、前記第1の開孔内を前記第3の絶縁膜を介して埋め込むとともに、前記第2の開孔内を埋め込む膜厚に、前記第2の絶縁膜上を含む全面に導電膜を形成する第7の工程と、前記第2の絶縁膜をストッパーとして前記第2の絶縁膜上の前記導電膜を除去することにより、前記第1の開孔内を前記第3の絶縁膜を介して充填し、前記浮遊ゲート電極と前記第3の絶縁膜を介して容量結合する島状の対向電極を形成するとともに、前記第2の開孔内を充填するコンタクトプラグを形成する第8の工程と、前記第2の絶縁膜上で前記コンタクトプラグを介して方の前記不純物拡散層と電気的に接続されるビットラインをパターン形成する第9の工程と、前記ビットラインを覆い、前記対向電極を露出させるように、第4の絶縁膜をパターン形成する第10の工程と、前記対向電極上及び前記第4の絶縁膜上に、前記対向電極と電気的に接続するとともに、前記ビットラインの上方で当該ビットラインと前記第4の絶縁膜を介して交差するワードラインをパターン形成する第11の工程とを含む。
本発明の半導体装置の製造方法の一態様では、前記第2の工程において、前記浮遊ゲート電極を、前記第1の絶縁膜上を含み隣接する2つの素子分離構造上にわたる形状に形成する。
本発明の半導体装置の製造方法の一態様では、前記第5の工程において、前記第1の開孔を前記素子分離構造上で隣接する2つの前記第1の導電膜の各端部を露出させるように形成する。
本発明の半導体装置の製造方法の一態様では、前記素子領域とともにトランジスタを備える前記素子領域の周辺回路領域を形成するに際して、前記第4の工程において、前記素子領域側に前記第2の絶縁膜を形成する際に、前記周辺回路領域側には、前記トランジスタの構成要素であるゲート配線を覆うように前記第2の絶縁膜を形成し、前記第5の工程において、前記素子領域側の前記第2の絶縁膜に前記第1及び第2の開孔を形成する際に、前記周辺回路領域側には、前記トランジスタの構成要素である一対の不純物拡散層が形成された前記半導体基板の表面の一部を露出させるように前記第2の絶縁膜に第3の開孔を形成し、前記第7の工程において、前記素子領域に前記導電膜を形成する際に、前記周辺回路領域側には、前記第2の絶縁膜に形成された前記第3の開孔内を含む全面に前記導電膜を形成し、前記第8の工程において、前記導電膜を除去する際に、前記周辺回路領域側では、前記第2の絶縁膜上に形成された前記導電膜を除去して、前記導電膜を前記第3の開孔内に充填させて残し、前記第9の工程において、前記ビットラインをパターン形成する際に、前記周辺回路領域側には、前記第3の開孔内に充填された前記導電膜上に配線層をパターン形成する。
本発明の半導体装置の製造方法の一態様では、前記浮遊ゲート電極が、シリコン、二酸化ルテニウム、酸化バナジウム及び酸化インジウムから選ばれた少なくとも1種から構成された膜である。
本発明の半導体装置の製造方法の一態様では、前記ワードラインが金属膜である。
本発明の半導体装置の製造方法の一態様では、前記第3の絶縁膜が、窒化膜及び酸化膜が順次堆積されたNO膜、或いは、酸化膜、窒化膜及び酸化膜が順次堆積されたONO膜、或いは、チタン酸鉛、チタン酸鉛・ジルコニウム、チタン酸鉛・ジルコニウム・ランタン、チタン酸ストロンチウム、チタン酸ストロンチウム・バリウム、酸化タンタル、酸化ビスマス、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム及びタングステンブロンズから選ばれた少なくとも1種から構成された膜である。
本発明の半導体装置は、半導体基板上に形成されて素子形成領域を画定する素子分離構造が素子分離領域に形成され、前記素子形成領域において、前記半導体基板の上方に島状にパターン形成された浮遊ゲート電極と、前記半導体基板に形成されたソース又はドレインとなる一対の不純物拡散層と、前記浮遊ゲート電極を含む前記半導体基板上に形成された第1の開孔部を有する第1の層間絶縁膜とを備え、前記第1の開孔部の底面の少なくとも一部が、前記一対の不純物拡散層の一方の不純物拡散層の表層となり、前記第1の開孔部内において、前記一方の不純物拡散層と接続されたビットラインを備え、前記素子分離領域において、前記素子形成領域に形成された浮遊ゲート電極が、前記素子分離構造上に跨って延びた延長部を有し、前記素子分離構造上の前記延長部上に形成された第2の開孔部を有する第1の層間絶縁膜を備え、前記第2の開孔部の少なくとも一部が、前記延長部上に形成されており、前記第2の開孔部内において、少なくとも前記第2の開孔部内の前記延長部表面に形成された誘電体膜と、少なくとも前記第1の層間絶縁膜に形成された前記第2の開孔部内で前記誘電体膜を介して前記延長部と対向して形成され、前記延長部と容量結合する制御ゲート電極とを備え、前記ビットライン上、前記第1の層間絶縁膜上に形成された第3の開孔部を有する第2の層間絶縁膜を備え、前記第3の開孔部の少なくとも一部が、前記制御ゲート電極上に形成されており、前記第3の開孔部において、前記制御ゲート電極と接続されたワードラインを備え、前記ワードラインが、前記第2の層間絶縁膜上に延びて形成され、且つ前記第2の層間絶縁膜を介して前記ビットラインと交差する。
本発明の半導体装置の一態様では、前記素子分離構造が、素子分離用のフィールドシールド電極を備えた素子分離構造である
本発明の半導体装置の一態様では、前記素子分離構造が、素子分離用絶縁膜からなる素子分離構造である。
本発明の半導体装置の一態様では、前記第2の開孔部内において、前記制御ゲート電極が、前記誘電体膜を介して前記延長部を覆うように形成されている。
本発明の半導体装置の一態様では、前記浮遊ゲート電極が、シリコン、二酸化ルテニウム、酸化バナジウム及び酸化インジウム、酸化膜と窒化膜を含む積層から選ばれた少なくとも1種から構成された膜である。
本発明の半導体装置の一態様では、前記誘電体膜が、窒化膜及び酸化膜が順次堆積されたNO膜、或いは、酸化膜、窒化膜及び酸化膜が順次堆積されたONO膜、或いは、チタン酸鉛、チタン酸鉛・ジルコニウム、チタン酸鉛・ジルコニウム・ランタン、チタン酸ストロンチウム、チタン酸ストロンチウム・バリウム、酸化タンタル、酸化ビスマス、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム及びタングステンブロンズから選ばれた少なくとも1種から構成された膜である。
本発明の半導体装置の一態様では、前記誘電体膜が強誘電体膜である。
本発明の半導体装置の一態様では、3値以上の所定多値データのうちの1つが記憶される多値半導体メモリである。
【0079】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のいくつかの具体的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【0080】
−第1の実施形態−
先ず、第1の実施形態について説明する。この第1の実施形態においては、図1及び図2(a)〜図2(c)に示すように、半導体装置として、シリコン半導体基板1上に浮遊ゲート電極膜5を備え、複数の浮遊ゲート電極膜5がマトリクス状に配設されてなるEEPROMについて例示する。このEEPROMは、そのメモリセル領域の周辺回路領域に例えばCMOS回路を備える論理回路が形成されてなるものである。
【0081】
ここで、図1は、このEEPROMのメモリセル領域を示す概略平面図であり、図2(a)は図1中の一点鎖線A−A’による断面に、図2(b)は図1中の一点鎖線B−B’による断面に、図2(c)は図1中の一点鎖線C−C’による断面にそれぞれ対応している。
【0082】
この第1の実施形態によるEEPROMのメモリセル領域においては、p型のシリコン半導体基板1の表面領域にフィールド酸化膜3が形成されて素子形成領域2が画定されている。この素子形成領域2には、シリコン半導体基板1上に形成されたゲート酸化膜4と、隣接するフィールド酸化膜3の各端部における表面部位を含むゲート酸化膜4上に浮遊ゲート電極膜5とが形成されている。更に、素子形成領域2におけるシリコン半導体基板1の表面領域には、一対の不純物拡散層であるソース拡散層6及びドレイン拡散層7が形成されており、浮遊ゲート電極膜5の一表面部位上に層間絶縁膜8が堆積形成され、この層間絶縁膜8にはドレイン拡散層7に対するコンタクトをとるためのコンタクト孔10が形成されている。更に、層間絶縁膜8上を含む浮遊ゲート電極膜5上にはONO膜9が形成され、ONO膜9上における浮遊ゲート電極膜5と対向する部位には対向電極膜11が形成され、コンタクト孔10内を充填して層間絶縁膜8上のONO膜9の上にはビットラインである第1配線層12が形成されている。更に、第1配線層12上には層間絶縁膜13が堆積形成され、この層間絶縁膜13を介して第1配線層12と略直交するとともに対向電極膜11と電気的に接続されてなるワードラインである第2配線層14が形成され、この第2配線層14を含む全面に表面保護膜15が堆積形成されてメモリセル領域が構成されている。
【0083】
フィールド酸化膜3は、シリコン半導体基板1に選択的に高温酸化が施されて形成される素子分離構造であり、シリコン半導体基板1の表面領域に島状に形成されてシリコン半導体基板1上における素子形成領域2を画定している。なお、素子分離構造としては、このフィールド酸化膜3の代わりに、シリコン酸化膜上に多結晶シリコン膜よりなるシールドプレート電極が形成され、さらにこのシールドプレート電極を覆うようにシリコン酸化膜が形成されてなる素子分離構造であり、シールドプレート電極の電位を固定することにより各素子形成領域が他の素子形成領域からそれぞれ電気的に分離されるフィールドシールド素子分離構造を形成してもよい。
【0084】
浮遊ゲート電極膜5は、多結晶シリコン膜からなり、その長手方向が第2配線層14の下部で第2配線層14と略平行となるように形成されており、その各端部5aがフィールド酸化膜3の上に存するようにフィールド酸化膜3上からゲート酸化膜4上を通って隣接するフィールド酸化膜3上まで延在している。各々の浮遊ゲート電極膜5は、フィールド酸化膜3上で互いに電気的に分離されており、1つの浮遊ゲート電極膜5を有して図1中破線で囲まれた単位メモリセルMが構成される。
【0085】
一対の不純物拡散層であるソース拡散層6及びドレイン拡散層7は、図2(b)に示すように、素子形成領域2においてシリコン半導体基板1の浮遊ゲート電極膜5の両側にこの浮遊ゲート電極膜5とゲート酸化膜4を介して形成されている。
【0086】
層間絶縁膜8は、ホウ素(B)及びリン(P)を含有するシリケートガラス等からなり、素子形成領域2においては、図2(b)に示すように、各浮遊ゲート電極膜5を覆うように形成され、ドレイン拡散層7が形成されたシリコン半導体基板1の一表面部位を露出させるコンタクト孔10を有している。また、この層間絶縁膜8は、素子分離構造であるフィールド酸化膜3上においては、図2(a)及び図2(c)に示すように、フィールド酸化膜3上に存する隣接する2つの浮遊ゲート電極膜5の端部5aをそれぞれ露出させる開孔42が形成されている。即ち、この層間絶縁膜8は、フィールド酸化膜3上に存する各浮遊ゲート電極膜5の端部5a上を除いて素子形成領域2において各浮遊ゲート電極膜5を覆っている。
【0087】
ONO膜9は、酸化膜により窒化膜が狭持されてなる3層構造膜であり、浮遊ゲート電極膜5と対向電極膜11との間に形成され、両者が容量結合する際の誘電体膜として機能する。
【0088】
対向電極膜11は、フィールド酸化膜3の上部で層間絶縁膜8に形成された開孔42をONO膜9を介して埋め込むように、各々独立した島状に形成されている。この対向電極膜11は、図2(c)に示すように、ONO膜9を介して浮遊ゲート電極膜5をその上面から側面にかけて覆うとともに、図2(a)に示すように、フィールド酸化膜3上に存する左右の浮遊ゲート電極膜5の端部5aとONO膜9を介して第2配線層14下において対向配置されている。各対向電極膜11は、フィールド酸化膜3の上部において層間絶縁膜8により互いに電気的に分離され、1つの対向電極膜11とこの対向電極膜11の下部にONO膜9を介して存する隣接する2つの浮遊ゲート電極膜5(の端部5a)とが容量結合することになる。
【0089】
第1配線層12は、多結晶シリコン膜から帯状にパターン形成されており、図2(a)に示すように、浮遊ゲート電極膜5上の長手方向の略中心部位において層間絶縁膜8及びONO膜9を介して浮遊ゲート電極膜5の長手方向と略直交する形状とされ、図2(b)に示すように、図1中で行方向に並ぶ各コンタクト孔10を充填して層間絶縁膜8上に延在するように形成されている。この第1配線層12は、層間絶縁膜8上及びONO膜9上に形成された多結晶シリコン膜がパターニングされて対向電極膜11と共に同時形成されるものであり、従って対向電極膜11と実質的に同一の階層位置に形成されている。
【0090】
層間絶縁膜13は、シリコン酸化膜からなり、第1配線層12を覆うようにパターン形成されており、対向電極膜11と第1配線層12とを電気的に分離するものである。
【0091】
第2配線層14は、アルミニウム合金等の金属膜からなり、図2(a)及び図2(b)に示すように、浮遊ゲート電極膜5の上部にこの浮遊ゲート電極膜5の長手方向と略平行に、即ち第1配線層12と略直交するように形成されている。この第2配線層14は、図2(a)及び図2(c)に示すように、第1配線層12を覆う層間絶縁膜13の上及び対向電極膜11の上を通って延在しており、層間絶縁膜13により第1配線層12と電気的に分離されるとともに、図1中の列方向に並ぶ各対向電極膜11と電気的に接続されて浮遊ゲート電極膜5に対する制御ゲートとして機能する。
【0092】
このEEPROMにおいては、上述したように素子分離構造であるフィールド酸化膜3の上で対向電極膜11、即ちワードラインである第2配線層14とフィールド酸化膜3上で隣接する2つの浮遊ゲート電極膜5(の端部5a)とが容量結合している。したがって、このEEPROMの動作時には、ビットラインである所望の第1配線層12に所定電圧を印加してこの第1配線層12と行方向に並ぶ各コンタクト孔10を介して電気的に接続されたドレイン拡散層7に当該電圧を与えるとともに、ワードラインである所望の第2配線層14に所定電圧を印加してこの第2配線層14と電気的に接続された列方向に並ぶ各対向電極膜11から対向する浮遊ゲート電極膜5(の端部5a)に所定電荷を与えることにより、所望の単位メモリセルMが一意的に選択される。
【0093】
この第1の実施形態によるEEPROMによれば、上述したように、ビットラインである第1配線層12とワードラインである第2配線層14とが層間絶縁膜13を介して交差するように積層形成されるとともに、第2配線層14の下部に第1配線層12が形成されている。したがって、EEPROMとして正常な作動を確保しつつも、ビットコンタクトをとるために形成するコンタクト孔10を浅く、即ちこの深さをシリコン半導体基板1の表面に形成された単層の層間絶縁膜8の膜厚と略等しい値とすることができ、このコンタクト孔10のアスペクト比を小さく抑えて孔径の更なる微細化に対応することができる。
【0094】
また、このEEPROMによれば、上述したように、ワードラインである第2配線層14が金属膜を材料として形成されているので、ワードラインがシリコンプロセスにおいて多結晶シリコン膜で形成されたものである場合に比して電気抵抗値が大幅に低減される。したがって、裏打ち配線等を形成して電気抵抗値を低減させる必要がなく、工程数が低減されることになる。
【0095】
さらに、このEEPROMによれば、上述したように、フィールド酸化膜3上において、対向電極膜11がONO膜9を介して隣接する2つの浮遊ゲート電極膜5を覆いつつこれらの浮遊ゲート電極膜5の各端部5aと対向配置されている。すなわち、図2(c)に示すように、対向電極膜11が浮遊ゲート電極膜5の上面のみならずその側面の一部とも容量結合するとともに、図2(a)に示すように、各対向電極膜11が2つの浮遊ゲート電極膜5の各端部5aと容量結合しているため、大きな容量結合比を得ることができる。
【0096】
−第2の実施形態−
以下、本発明の第2の実施形態について説明する。この第2の実施形態においては、p型のシリコン半導体基板1上に、浮遊ゲート電極膜5を備えマトリクス状に配設されてなるEEPROMのメモリセル領域(以下、単に「メモリセル領域」と記す。)と、それぞれp型トランジスタ及びn型トランジスタを有するCMOS回路を備える論理回路を含むメモリセルの周辺回路領域(以下、単に「周辺回路領域」と記す。)とを備えてなる半導体装置(以下、単に「ロジックLSI」と記す。)の製造方法について例示する。なお、第1の実施形態で示した図1及び図2(a)〜図2(c)に対応するものについては同符号を記して説明を省略する。
【0097】
ここで、図3(a)及び図3(b)は、ロジックLSIのメモリセル領域及び周辺回路領域を示す概略平面図であり、図3(a)がメモリセル領域に、図3(b)が周辺回路領域にそれぞれ対応している。また、図4(a),図5(a),図6(a),図7(a),図8(a),図9(a)及び図10(a)がそれぞれ図3(a)中の一点鎖線A−A’による断面に、図4(b),図5(b),図6(b),図7(b),図8(b),図9(b)及び図10(b)がそれぞれ図3(a)中の一点鎖線B−B’による断面に、図4(c),図5(c),図6(c),図7(c),図8(c),図9(c)及び図10(c)がそれぞれ図3(a)中の一点鎖線C−C’による断面に、図4(d),図5(d),図6(d),図7(d),図8(d),図9(d)及び図10(d)がそれぞれ図3(b)中の一点鎖線D−D’による断面に対応している。
【0098】
先ず、図4(a)〜図4(d)に示すように、周辺回路領域のシリコン半導体基板1にイオン注入法によりp型,n型ウェル拡散層21,22を形成する。続いて、メモリセル領域及び周辺回路領域が形成される部位に素子分離構造として例えばLOCOS法によりフィールド酸化膜3を膜厚2000Å〜6000Å程度に形成してメモリセル領域には素子形成領域2を、周辺回路領域には素子形成領域25をそれぞれ画定する。
【0099】
なお、素子分離構造としては、フィールド酸化膜3の代わりに、いわゆるフィールドシールド素子分離法により、シリコン半導体基板1上にシリコン酸化膜、多結晶シリコン膜、シリコン酸化膜を順次積層形成し、フォトリソグラフィー及びそれに続くエッチングを施すことにより、シリコン酸化膜内にシールドゲート電極が埋設されてなるフィールドシールド素子分離領域を形成してもよい。
【0100】
次に、シリコン半導体基板1の全面に熱酸化を施して膜厚が80Å〜250Åのゲート酸化膜を形成した後に、周辺回路領域のシリコン半導体基板1の表面をマスクで覆った状態でウェットエッチングを施すことによりメモリセル領域における素子形成領域2の前記ゲート酸化膜を除去する。続いて、再び全面に熱酸化を施すことにより、メモリセル領域の素子形成領域2には膜厚50Å〜120Åのゲート酸化膜4を、周辺回路領域の素子形成領域25には120Å〜300Åのゲート酸化膜23をそれぞれ形成する。ここで、メモリセル領域においては、ゲート酸化膜4の代わりに膜厚70Å〜120Åのトンネル酸化膜を形成してもよい。
【0101】
なお、EEPROMの代わりに紫外線消去型のEPROMを製造する場合には、上述した工程の中でメモリセル領域における前記ゲート酸化膜の除去作業は不要となる。
【0102】
次に、図5(a)〜図5(d)に示すように、例えばCVD法等の真空薄膜形成技術により、全面に多結晶シリコン膜を形成した後、これをフォトリソグラフィー及びそれに続くドライエッチング等によりパターニングし、メモリセル領域においては、端部5aがフィールド酸化膜3の上に存するようにフィールド酸化膜3上からゲート酸化膜4上を通って隣接するフィールド酸化膜3上までの部位に所定形状の浮遊ゲート電極膜5を形成し、周辺回路領域においては、ゲート酸化膜23上にトランジスタのゲート電極膜24を形成する。ここで、多結晶シリコン膜の代わりに、二酸化ルテニウム、酸化バナジウム及び酸化インジウムから選ばれた少なくとも1種から構成された膜を形成してもよい。
【0103】
次に、メモリセル領域及び周辺回路領域におけるp型ウェル拡散層21の領域のシリコン半導体基板1に対して砒素(As)のイオン注入を施して、メモリセルトランジスタ及び周辺回路領域におけるnMOSトランジスタのソース拡散層6,31及びドレイン拡散層7,32を形成した後に、周辺回路領域側におけるn型ウェル拡散層22の領域のシリコン半導体基板1に対しホウ素(B)のイオン注入を施して周辺回路領域におけるpMOSトランジスタのソース拡散層34及びドレイン拡散層33を形成する。
【0104】
ここで、メモリセル領域のメモリセルトランジスタにおけるソース拡散層6及びドレイン拡散層7については、図5(b)に示すように、それらの両端部をそれぞれゲート酸化膜4を介して上部に存する浮遊ゲート電極膜5の両端部とオーバーラップするように形成し、周辺回路領域におけるnMOSトランジスタ及びpMOSトランジスタのソース拡散層31,34及びドレイン拡散層32,33については、図5(d)に示すように、それらの両端部をそれぞれゲート酸化膜23を介して上部に存するゲート電極膜24の両端部とオーバーラップするように形成する。
【0105】
次に、図6(a)〜図6(d)に示すように、常圧CVD法等により、ホウ素(B)及びリン(P)を含有するシリケートガラス等を材料として全面に絶縁膜を堆積させ、フォトリソグラフィ技術及びそれに続くドライエッチングにより前記絶縁膜をパターニングし所定形状に加工して層間絶縁膜8を形成する。
【0106】
具体的に、メモリセル領域については、その素子形成領域2においては、図6(a)及び図6(b)に示すように、各浮遊ゲート電極膜5を覆うように層間絶縁膜8をパターン形成するとともに、素子分離構造であるフィールド酸化膜3の上部においては、図6(a)及び図6(c)に示すように、フィールド酸化膜3上に存する各浮遊ゲート電極膜5の端部5aの間に層間絶縁膜8をパターン形成する。このとき、周辺回路領域については、ゲート電極膜24を覆うように全面に層間絶縁膜8が形成される。
【0107】
次に、層間絶縁膜8に、メモリセル領域においてはコンタクト10孔及び開孔42を開口形成するとともに、周辺回路領域においてはコンタクト孔41をそれぞれ開口形成する。
【0108】
即ち、メモリセル領域については、図6(a)及び図6(c)に示すように、フィールド酸化膜3の上方の層間絶縁膜8を穿ちこのフィールド酸化膜3上に隣接して存する2つの浮遊ゲート電極膜5の端部5aをそれぞれ露出させる開孔42を形成するとともに、図6(b)に示すように、層間絶縁膜8を穿ちドレイン拡散層7が形成されたシリコン半導体基板1の一表面部位を露出させるコンタクト孔10を形成する。
【0109】
他方、周辺回路領域については、図6(d)に示すように、層間絶縁膜8を穿ちnMOSトランジスタ及びpMOSトランジスタのソース拡散層31,34及びドレイン拡散層32,33が形成されたシリコン半導体基板1の一表面部位をそれぞれ露出させるコンタクト孔41を形成する。
【0110】
次に、図7(a)〜図7(d)に示すように、減圧CVD法等により、全面にシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜を順次積層したかたちに且つ膜厚が酸化膜容量換算で150Å〜300Å程度となるようにONO膜9を形成する。ここで、ONO膜9の代わりに、窒化膜及び酸化膜が順次積層されたNO膜や、チタン酸鉛、チタン酸鉛・ジルコニウム、チタン酸鉛・ジルコニウム・ランタン、チタン酸ストロンチウム、チタン酸ストロンチウム・バリウム、酸化タンタル、酸化ビスマス、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム及びタングステンブロンズから選ばれた少なくとも1種から構成された高誘電体薄膜を形成してもよい。
【0111】
次に、フォトリソグラフィー及びそれに続くドライエッチング等により、図7(b)に示すように、メモリセル領域におけるコンタクト孔10内に堆積したONO膜9を除去するとともに、図7(d)に示すように、周辺回路領域におけるコンタクト孔41に堆積したONO膜9を除去する。
【0112】
次に、図8(a)〜図8(d)に示すように、例えばCVD法等の真空蒸着法により、メモリセル領域のコンタクト孔10内及び開孔42内(に形成されたONO膜9上)と周辺回路領域のコンタクト孔41内とを含む全面に多結晶シリコン膜を堆積させる。
【0113】
次に、上述の多結晶シリコン膜にフォトリソグラフィー及びそれに続くドライエッチング等を施すことにより、メモリセル領域における対向電極膜11及び第1配線層12と、周辺回路領域における第1配線層12とを同時形成する。
【0114】
即ち、メモリセル領域については、図8(a)〜図8(c)に示すように、成膜された多結晶シリコン膜のうち、層間絶縁膜8の上に形成されたONO膜9上の多結晶シリコン膜の一部を除去してONO膜9上において互いに電気的に分離された対向電極膜11及びビットラインとなる第1配線層12を形成する。
【0115】
このとき、対向電極膜11を、図8(c)に示すように、フィールド酸化膜3の上でONO膜9を介して浮遊ゲート電極膜5をその上面から両側面の一部にかけて覆うような形状とするとともに、図8(a)に示すように、この対向電極膜11を、開孔42内においてフィールド酸化膜3上に存する左右の浮遊ゲート電極膜5の端部5aとONO膜9を介して対向するように形成する。
【0116】
また、第1配線層12を、図8(a)に示すように、浮遊ゲート電極膜5上の長手方向の略中心部位において層間絶縁膜8及びONO膜9を介して浮遊ゲート電極膜5の長手方向と略直交するとともに、図8(b)に示すように、層間絶縁膜8に形成されたコンタクト孔10を充填して層間絶縁膜8上に延在する形状に形成する。このとき、メモリセル領域の第1配線層12は、コンタクト孔10を通じてドレイン拡散層7が形成されたシリコン半導体基板1の表面部位と電気的に接続されてビットラインとして機能する。
【0117】
他方、周辺回路領域においては、図8(d)に示すように、第1配線層12を、層間絶縁膜8に形成されたコンタクト孔41を充填するとともに、層間絶縁膜8上に堆積した上述の多結晶シリコン膜の一部を除去して層間絶縁膜8上で電気的に分離された所定形状に形成する。このとき、nMOSトランジスタのドレイン拡散層32とpMOSトランジスタのドレイン拡散層33とが各コンタクト孔41を通じて第1配線層12により電気的に接続される。
【0118】
次に、図9(a)〜図9(d)に示すように、プラズマCVD法等により全面にシリコン酸化膜を堆積させて層間絶縁膜13を形成し、この層間絶縁膜13に化学機械研磨(CMP:Chemical-Mechanical Polishing )を施して表面を平坦化した後に、フォトリソグラフィー及びそれに続くドライエッチングにより層間絶縁膜13をパターニングする。
【0119】
具体的には、メモリセル領域について、図9(a)に示すように、表面が平坦化された層間絶縁膜13に開孔44を形成して対向電極膜11の表面部位を露出させる。他方、周辺回路領域については、図9(d)に示すように、表面が平坦化された層間絶縁膜13にコンタクト孔43を形成し、図示の例ではnMOSトランジスタ及びpMOSトランジスタのドレイン拡散層32,33と電気的に接続された第1配線層12の表面部位を露出させる。
【0120】
なお、層間絶縁膜13を形成する際に、先ずプラズマCVD法等により全面にシリコン酸化膜を堆積させ、続いてSOG(Spin On Glass )を塗布形成した後に、全面をエッチバックし、再びプラズマCVD法により全面にシリコン酸化膜を堆積させることにより、この層間絶縁膜13を形成してもよい。
【0121】
次に、図10(a)〜図10(d)に示すように、メモリセル領域及び周辺回路領域におけるシリコン半導体基板1の全面にスパッタ法等によりアルミニウム合金等の金属膜を形成し、フォトリソグラフィー及びそれに続くドライエッチング等によりこの金属膜をパターニングしてメモリセル領域及び周辺回路領域に第2配線層14を形成する。
【0122】
具体的に、メモリセル領域については、図10(a)及び図10(b)に示すように、第1配線層12を覆う層間絶縁膜13の上及び対向電極膜11の上を通って延在し、浮遊ゲート電極膜5の上部にこの浮遊ゲート電極膜5の長手方向と略平行に、即ち第1配線層12と略直交するとともに、第1配線層12を覆う層間絶縁膜13の上及び開孔44内の底部に露出した対向電極膜11の上を通って延在するような形状に金属膜を残してワードラインとなる第2配線層14を形成する。このとき、この第2配線層14は、層間絶縁膜13により第1配線層12と電気的に分離されるとともに、対向電極膜11と電気的に接続され、浮遊ゲート電極膜5に対する制御ゲートとして機能する。
【0123】
他方、周辺回路領域においては、図10(d)に示すように、層間絶縁膜13上に堆積してコンタクト孔43内を充填した上述の金属膜をパターニングすることにより、コンタクト孔43を通じて第1配線層12と電気的に接続されてなる第2配線層14を形成する。
【0124】
なお、第2配線層14を形成する際に、例えばリン(P)等をドープした多結晶シリコン膜やタングステン等を材料とした金属薄膜を全面に堆積させ、エッチバック法やCMP法等の平坦化技術により層間絶縁膜13上の多結晶シリコンを除去して、メモリセル領域における層間絶縁膜13に形成された開孔44及び周辺回路領域における層間絶縁膜13に形成されたコンタクト孔43内にコンタクトプラグをそれぞれ形成した後に、全面にアルミニウム合金等の金属膜を形成し、この金属膜を上述したようにパターニングして各コンタクトプラグと電気的に接続されてなる第2配線層14を形成してもよい。
【0125】
しかる後、メモリセル領域及び周辺回路領域におけるシリコン半導体基板1の全面に、CVD法等によりシリコン酸化膜等よりなる表面保護膜15を形成して、第2の実施形態のロジックLSIを完成させる。
【0126】
ここで、周辺回路領域に属するデコーダの出力部位は、この周辺回路領域におけるpMOSトランジスタ及びnMOSトランジスタのドレイン拡散層32,33と接続されており、更に第2配線層14を通じてメモリセル領域におけるメモリセルトランジスタのドレイン拡散層7と接続されている。
【0127】
上述のように、第2の実施形態によるロジックLSIの製造方法によれば、メモリセル領域において対向電極膜11及び第1配線層12となる多結晶シリコン膜を形成する際に、この多結晶シリコン膜を周辺回路領域においてコンタクト孔41内を含む層間絶縁膜8上にも堆積させ、対向電極膜11及び第1配線層12をパターン形成するとともに、周辺回路領域の多結晶シリコン膜をパターニングしてソース拡散層31,34及びドレイン拡散層32,33とそれぞれ電気的に接続される第1配線層12をパターン形成する。したがって、周辺回路領域には存しない制御ゲート電極膜5を当該周辺回路領域をマスクして形成する工程が省略され、フォトリソグラフィーの工程が省略されて製造工程が簡略化されることになる。
【0128】
また、この製造方法によれば、上述したように、フィールド酸化膜3上において、対向電極膜11がONO膜9を介して隣接する2つの浮遊ゲート電極膜5の各端部5aと対向するように形成されるため、例えば開孔42に浮遊ゲート電極膜5を形成する際に、この開孔42と浮遊ゲート電極膜5との間に微細加工上の合わせずれが左右何れかの方向に生じたとしても、相対的に見て隣接する単位メモリセルMと比較した場合に両者のオーバーラップ面積は一定値を保ち、単位メモリセルM間での容量結合比に差は生じない。すなわち、開孔42と浮遊ゲート電極膜5との位置合わせ精度を緩和させても所望する一定の容量結合比を得ることが可能となる。
【0129】
また、この製造方法によれば、上述のように第2配線層14及び対向電極膜11をフィールド酸化膜3上でONO膜9を介して浮遊ゲート電極膜5とオーバーラップするように形成することにより、従来の標準的なロジックLSIのプロセスに数工程追加するだけで製造工程を煩雑化させることなく容易にEEPROMのメモリセルを形成することが可能となる。
【0130】
また、対向電極膜11を、ONO膜9を介して浮遊ゲート電極膜5をその上部全面から側部の一部位にかけて覆うように形成することにより、対向電極膜11を単に浮遊ゲート電極膜5の上方に形成する場合に比して対向電極膜11と浮遊ゲート電極膜5との対向面積が増大する。したがって、対向電極膜11を単に浮遊ゲート電極膜5の上方に形成する場合に比して同一のメモリサイズでも両ゲート電極膜5,11間の容量結合比を増大させることが可能となり、ドレイン拡散層7や対向電極膜11(即ち、ワードラインである第2配線層14)に同一の電圧を印加した場合、ゲート酸化膜4に印加される電界が大きくなる。
【0131】
具体的には、例えば書き込み動作時にソース拡散層6及びシリコン半導体基板1をそれぞれ接地電位に、ドレイン拡散層7に5Vを印加し、ドレイン拡散層7の端部から発生した熱電子を浮遊ゲート電極膜5に注入する場合、対向電極膜11に印加する電圧を低電圧化(例えば、ワードラインを単に浮遊ゲート電極膜の上方に形成する場合では12Vのところが6〜7V)することが可能となる。
【0132】
また、ゲート酸化膜4の代わりにトンネル酸化膜を形成した場合では、ワードラインを単に浮遊ゲート電極膜の上方に形成する場合ではドレイン拡散層に14Vの電圧を印加することが必要であったのに対して、本実施形態と同等のメモリサイズの場合でも11Vの印加電圧で同様の書き換え動作を行うことが可能となる。
【0133】
−第3の実施形態−
以下、本発明の第3の実施形態について説明する。この第3の実施形態においては、第1の実施形態と同様にEEPROMについて例示するが、第1の実施形態のEEPROMとは主に対向電極膜の形状が異なる点で相違する。なお、第1の実施形態のEEPROMと同一の構成要素については同符号を記して説明を省略する。
【0134】
この第3の実施形態のEEPROMにおいては、その平面構成は第1の実施形態の図1の平面構成とほぼ同様であり、図11(a)は図1中の一点鎖線A−A’による断面に、図11(b)は図1中の一点鎖線B−B’による断面に、図11(c)は図1中の一点鎖線C−C’による断面にそれぞれ対応している。
【0135】
この第3の実施形態によるEEPROMのメモリセル領域においては、p型のシリコン半導体基板1の表面領域にフィールド酸化膜3が形成されて素子形成領域2が画定されている。この素子形成領域2には、シリコン半導体基板1上に形成されたゲート酸化膜4と、隣接するフィールド酸化膜3の各端部における表面部位を含むゲート酸化膜4上に浮遊ゲート電極膜5とが形成されている。更に、素子形成領域2におけるシリコン半導体基板1の表面領域には、一対の不純物拡散層であるソース拡散層6及びドレイン拡散層7が形成されており、浮遊ゲート電極膜5の一表面部位上に層間絶縁膜8が堆積形成され、この層間絶縁膜8にはドレイン拡散層7に対するコンタクトをとるためのコンタクト孔10が形成されている。更に、浮遊ゲート電極膜5上にはONO膜51が形成され、ONO膜51上における浮遊ゲート電極膜5と対向する部位には対向電極膜52が形成されている。更に、コンタクト孔10内を充填するコンタクトプラグ53と、コンタクトプラグ53上に形成されて層間絶縁膜8上に延在するビットラインである第1配線層12が形成され、第1配線層12とコンタクトプラグ53とが電気的に接続されている。更に、第1配線層12上には層間絶縁膜13が堆積形成され、この層間絶縁膜13を介して第1配線層12と略直交するとともに対向電極膜52と電気的に接続されてなるワードラインである第2配線層14が形成され、この第2配線層14を含む全面に表面保護膜15が堆積形成されてメモリセル領域が構成されている。
【0136】
ONO膜51は、図11(a),図11(c)に示すように、層間絶縁膜8の開孔42の内壁を覆うとともに、開孔42内で浮遊ゲート電極膜5の端部5aを覆うように形成されている。
【0137】
対向電極膜52は、開孔42を充填するように形成されており、図11(c)に示すように、開孔42内でONO膜51を介して浮遊ゲート電極膜5の端部5aを覆うとともに、図11(a)に示すように、フィールド酸化膜3上に存する左右の浮遊ゲート電極膜5の端部5aとONO膜51を介して第2配線層14下において対向配置されている。各対向電極膜52は、フィールド酸化膜3の上部において層間絶縁膜8により互いに電気的に分離され、1つの対向電極膜52とこの対向電極膜52の下部にONO膜51を介して存する隣接する2つの浮遊ゲート電極膜5(の端部5a)とが容量結合することになる。ここで、層間絶縁膜8の表面と対向電極膜52がほぼ同一平面内に存するように、これらの表面が平坦化されている。
【0138】
コンタクトプラグ53は、コンタクト孔10を充填し、その表面と層間絶縁膜8の表面とがほぼ同一平面内に存するように形成されている。このコンタクトプラグ53は、対向電極膜52とともに同一材料で同時形成されたものである。
【0139】
第1配線層12は、平坦化された層間絶縁膜8上に多結晶シリコン膜から帯状にパターン形成されており、図11(a)に示すように、浮遊ゲート電極膜5上の長手方向の略中心部位において層間絶縁膜8を介して浮遊ゲート電極膜5の長手方向と略直交する形状とされ、図11(b)に示すように、図1中で行方向に並ぶ各コンタクト孔10内を充填するコンタクトプラグ53と接続されて層間絶縁膜8上に延在するように形成されている。
【0140】
このEEPROMにおいては、上述したように素子分離構造であるフィールド酸化膜3の上で対向電極膜52、即ちワードラインである第2配線層14とフィールド酸化膜3上で隣接する2つの浮遊ゲート電極膜5(の端部5a)とが容量結合している。したがって、このEEPROMの動作時には、ビットラインである所望の第1配線層12に所定電圧を印加してこの第1配線層12と行方向に並ぶ各コンタクト孔10を介して電気的に接続されたドレイン拡散層7に当該電圧を与えるとともに、ワードラインである所望の第2配線層14に所定電圧を印加してこの第2配線層14と電気的に接続された列方向に並ぶ各対向電極膜52から対向する浮遊ゲート電極膜5(の端部5a)に所定電荷を与えることにより、所望の単位メモリセルMが一意的に選択される。
【0141】
この第3の実施形態によるEEPROMによれば、第1の実施形態の場合と同様に、ビットラインである第1配線層12とワードラインである第2配線層14とが層間絶縁膜13を介して交差するように積層形成されるとともに、第2配線層14の下部に第1配線層12が形成されている。したがって、EEPROMとして正常な作動を確保しつつも、ビットコンタクトをとるために形成するコンタクト孔10を浅く、即ちこの深さをシリコン半導体基板1の表面に形成された単層の層間絶縁膜8の膜厚と略等しい値とすることができ、このコンタクト孔10のアスペクト比を小さく抑えて孔径の更なる微細化に対応することができる。
【0142】
また、このEEPROMによれば、ワードラインである第2配線層14が金属膜を材料として形成されているので、ワードラインがシリコンプロセスにおいて多結晶シリコン膜で形成されたものである場合に比して電気抵抗値が大幅に低減される。したがって、裏打ち配線等を形成して電気抵抗値を低減させる必要がなく、工程数が低減されることになる。
【0143】
更に、このEEPROMによれば、フィールド酸化膜3上において、対向電極膜52がONO膜51を介して隣接する2つの浮遊ゲート電極膜5を覆いつつこれらの浮遊ゲート電極膜5の各端部5aと対向配置されている。すなわち、図11(c)に示すように、対向電極膜52が浮遊ゲート電極膜5の上面のみならずその側面の一部とも容量結合するとともに、図11(a)に示すように、各対向電極膜52が2つの浮遊ゲート電極膜5の各端部5aと容量結合しているため、大きな容量結合比を得ることができる。
【0144】
更に、このEEPROMによれば、層間絶縁膜8の表面と対向電極膜52がほぼ同一平面内に存するように、これらの表面が平坦化されているため、その上層に存する第1配線層12や第2配線層14が余分な段差を生ぜしめることなく形成される。従って、このEEPROMは、断線等の不都合を防止し、更なる微細化を可能とする。
【0145】
−第4の実施形態−
以下、本発明の第4の実施形態について説明する。この第4の実施形態においては、第2の実施形態と同様に、EEPROMのメモリセル領域と、メモリセルの周辺回路領域とを備えてなるロジックLSIの製造方法について例示する。この第4の実施形態によるロジックLSIの製造方法は、主に対向電極膜の形成方法が異なる点で第2の実施形態の場合と相違する。なお、第3の実施形態で示した図11(a)〜図11(c)に対応するものついては同符号を記して説明を省略する。
【0146】
ここで、図12(a)及び図12(b)は、ロジックLSIのメモリセル領域及び周辺回路領域を示す概略平面図であり、図12(a)がメモリセル領域に、図12(b)が周辺回路領域にそれぞれ対応している。また、図13(a)、図14(a)及び図15(a)がそれぞれ図12(a)中の一点鎖線A−A’による断面に、図13(b)、図14(b)及び図15(b)がそれぞれ図12(a)中の一点鎖線B−B’による断面に、図13(c)、図14(c)及び図15(c)がそれぞれ図12(a)中の一点鎖線C−C’による断面に、図13(d)、図14(d)及び図15(d)がそれぞれ図12(b)中の一点鎖線D−D’による断面に対応している。
【0147】
先ず、第2の実施形態と同様に、図4(a)〜図4(d)から図7(a)〜図7(d)までに示す各工程を経て、層間絶縁膜8に、メモリセル領域においては開孔42及びコンタクト孔10を、周辺回路領域においてはコンタクト孔41をそれぞれ開口形成する。続いて、全面にシリコン酸化膜、シリコン窒化膜、シリコン酸化膜を順次積層したかたちに且つ膜厚が酸化膜容量換算で150Å〜300Å程度となるようにONO膜51を形成する。
【0148】
次に、図13(a)〜図13(d)に示すように、メモリセル領域側には、層間絶縁膜8に形成された開孔42を充填するように、浮遊ゲート電極膜5とONO膜51を介して対向する対向電極膜52を形成するとともに、層間絶縁膜8に形成されたコンタクト孔10を充填するコンタクトプラグ53を形成し、周辺回路領域側には、層間絶縁膜8に形成されたコンタクト孔41を充填するコンタクトプラグ54を形成する。続いて、メモリセル領域側及び周辺回路領域側の双方において、層間絶縁膜8上に第1配線層12をパターン形成する。
【0149】
具体的には、先ず、メモリセル領域におけるコンタクト孔10及び周辺回路領域におけるコンタクト孔41に堆積したONO膜51を除去した後、例えばCVD法等の真空蒸着法により、メモリセル領域のコンタクト孔10内及び開孔42内(に形成されたONO膜51上)と周辺回路領域のコンタクト孔41内とを含む全面に多結晶シリコン膜を堆積させる。
【0150】
次に、層間絶縁膜8をストッパーとして、多結晶シリコン膜に化学機械研磨(CMP)を施して平坦化する。このとき、メモリセル領域においては、層間絶縁膜8上の多結晶シリコン膜が除去されて、開孔42を充填する対向電極膜52が形成されるとともに、コンタクト孔10を充填するコンタクトプラグ53が形成される。また、周辺回路領域においては、層間絶縁膜8上の多結晶シリコン膜が除去されて、コンタクト孔41を充填するコンタクトプラグ54が形成される。ここで、層間絶縁膜8の表面と、対向電極膜52及びコンタクトプラグ53,54の表面とが、ほぼ同一平面内に存するように、これら表面が平坦化される。なお、CMPを施す代わりに、異方性エッチング等の手法により層間絶縁膜8をストッパーとして多結晶シリコン膜の表面を平坦化してもよい。
【0151】
次に、例えばCVD法等の真空蒸着法により、メモリセル領域のコンタクトプラグ53上と周辺回路領域のコンタクトプラグ54上とを含む全面に多結晶シリコン膜を堆積させる。
【0152】
次に、上述の多結晶シリコン膜にフォトリソグラフィー及びそれに続くドライエッチング等を施すことにより、メモリセル領域及び周辺回路領域のそれぞれにコンタクトプラグ53,54と電気的に接続された第1配線層12を同時形成する。
【0153】
次に、図14(a)〜図14(d)に示すように、プラズマCVD法等により全面にシリコン酸化膜を堆積させて層間絶縁膜13を形成し、この層間絶縁膜13に化学機械研磨(CMP)を施して表面を平坦化した後に、フォトリソグラフィー及びそれに続くドライエッチングにより層間絶縁膜13をパターニングする。
【0154】
具体的には、メモリセル領域について、図14(a)に示すように、表面が平坦化された層間絶縁膜13に開孔44を形成して対向電極膜52の表面部位を露出させる。他方、周辺回路領域については、図14(d)に示すように、表面が平坦化された層間絶縁膜13にコンタクト孔43を形成し、図示の例ではnMOSトランジスタ及びpMOSトランジスタのドレイン拡散層32,33と電気的に接続された第1配線層12の表面部位を露出させる。
【0155】
なお、層間絶縁膜13を形成する際に、先ずプラズマCVD法等により全面にシリコン酸化膜を堆積させ、続いてSOG(Spin On Glass )を塗布形成した後に、全面をエッチバックし、再びプラズマCVD法により全面にシリコン酸化膜を堆積させることにより、この層間絶縁膜13を形成してもよい。
【0156】
次に、図15(a)〜図15(d)に示すように、メモリセル領域及び周辺回路領域におけるシリコン半導体基板1の全面にスパッタ法等によりアルミニウム合金等の金属膜を形成し、フォトリソグラフィー及びそれに続くドライエッチング等によりこの金属膜をパターニングしてメモリセル領域及び周辺回路領域に第2配線層14を形成する。
【0157】
具体的に、メモリセル領域については、図15(a),図15(b)に示すように、第1配線層12を覆う層間絶縁膜13の上及び対向電極膜52の上を通って延在し、浮遊ゲート電極膜5の上部にこの浮遊ゲート電極膜5の長手方向と略平行に、即ち第1配線層12と略直交するとともに、第1配線層12を覆う層間絶縁膜13の上及び開孔44内の底部に露出した対向電極膜52の上を通って延在するような形状に金属膜を残してワードラインとなる第2配線層14を形成する。このとき、この第2配線層14は、層間絶縁膜13により第1配線層12と電気的に分離されるとともに、対向電極膜52と電気的に接続され、浮遊ゲート電極膜5に対する制御ゲートとして機能する。
【0158】
他方、周辺回路領域においては、図15(d)に示すように、層間絶縁膜13上に堆積してコンタクト孔43内を充填した上述の金属膜をパターニングすることにより、コンタクト孔43を通じて第1配線層12と電気的に接続されてなる第2配線層14を形成する。
【0159】
なお、第2配線層14を形成する際に、例えばリン(P)等をドープした多結晶シリコン膜やタングステン等を材料とした金属薄膜を全面に堆積させ、エッチバック法やCMP法等の平坦化技術により層間絶縁膜13上の多結晶シリコンを除去して、メモリセル領域における層間絶縁膜13に形成された開孔44及び周辺回路領域における層間絶縁膜13に形成されたコンタクト孔43内にコンタクトプラグをそれぞれ形成した後に、全面にアルミニウム合金等の金属膜を形成し、この金属膜を上述したようにパターニングして各コンタクトプラグと電気的に接続されてなる第2配線層14を形成してもよい。
【0160】
しかる後、メモリセル領域及び周辺回路領域におけるシリコン半導体基板1の全面に、CVD法等によりシリコン酸化膜等よりなる表面保護膜15を形成して、第4の実施形態のロジックLSIを完成させる。
【0161】
ここで、周辺回路領域に属するデコーダの出力部位は、この周辺回路領域におけるpMOSトランジスタ及びnMOSトランジスタのドレイン拡散層32,33と接続されており、更に第2配線層14を通じてメモリセル領域におけるメモリセルトランジスタのドレイン拡散層7と接続されている。
【0162】
この第4の実施形態によるロジックLSIの製造方法によれば、メモリセル領域において対向電極膜52及びコンタクトプラグ53となる多結晶シリコン膜を形成する際に、この多結晶シリコン膜を周辺回路領域においてコンタクト孔41内を含む層間絶縁膜8上にも堆積させた後に平坦化して、ソース拡散雄31,34及びドレイン拡散層32,33とそれぞれ電気的に接続させるコンタクトプラグ54を形成する。また、メモリセル領域において第1配線層12となる多結晶シリコン膜を形成する際に、この多結晶シリコン膜を周辺回路領域において層間絶縁膜8上にも堆積させ、第1配線層12をパターン形成する。従って、周辺回路領域には存しない制御ゲート電極膜を当該周辺回路領域をマスクして形成する工程が省略され、フォトリソグラフィーの工程が省略されて製造工程が簡略化されることになる。
【0163】
また、この製造方法によれば、層間絶縁膜8の表面と対向電極膜52がほぼ同一平面内に存するように、これらの表面を平坦化するため、その上層に存する第1配線層12や第2配線層14を余分な段差を生ぜしめることなく容易に形成することができる。従って、断線等の不都合を防止し、更なる微細化が可能となる。
【0164】
更に、この製造方法によれば、フィールド酸化膜3上において、対向電極膜52がONO膜51を介して隣接する2つの浮遊ゲート電極膜5の各端部5aと対向するように形成されるため、例えば開孔42に浮遊ゲート電極膜5を形成する際に、この開孔42と浮遊ゲート電極膜5との間に微細加工上の合わせずれが左右何れかの方向に生じたとしても、相対的に見て隣接する単位メモリセルMと比較した場合に両者のオーバーラップ面積は一定値を保ち、単位メモリセルM間での容量結合比に差は生じない。すなわち、開孔42と浮遊ゲート電極膜5との位置合わせ精度を緩和させても所望する一定の容量結合比を得ることが可能となる。
【0165】
また、この製造方法によれば、第2配線層14及び対向電極膜52をフィールド酸化膜3上でONO膜51を介して浮遊ゲート電極膜5とオーバーラップするように形成することにより、従来の標準的なロジックLSIのプロセスに数工程追加するだけで製造工程を煩雑化させることなく容易にEEPROMのメモリセルを形成することが可能となる。
【0166】
また、対向電極膜52を、ONO膜51を介して浮遊ゲート電極膜5をその上部全面から側部の一部位にかけて覆うように形成することにより、対向電極膜52を単に浮遊ゲート電極膜5の上方に形成する場合に比して対向電極膜52と浮遊ゲート電極膜5との対向面積が増大する。したがって、対向電極膜52を単に浮遊ゲート電極膜5の上方に形成する場合に比して同一のメモリサイズでも両電極膜5,52間の容量結合比を増大させることが可能となり、ドレイン拡散層7や対向電極膜52(即ち、ワードラインである第2配線層14)に同一の電圧を印加した場合、ゲート酸化膜4に印加される電界が大きくなる。
【0167】
具体的には、例えば書き込み動作時にソース拡散層6及びシリコン半導体基板1をそれぞれ接地電位に、ドレイン拡散層7に5Vを印加し、ドレイン拡散層7の端部から発生した熱電子を浮遊ゲート電極膜5に注入する場合、対向電極膜52に印加する電圧を低電圧化(例えば、ワードラインを単に浮遊ゲート電極膜の上方に形成する場合では12Vのところが6〜7V)することが可能となる。
【0168】
また、ゲート酸化膜4の代わりにトンネル酸化膜を形成した場合では、ワードラインを単に浮遊ゲート電極膜の上方に形成する場合ではドレイン拡散層に14Vの電圧を印加することが必要であったのに対して、本実施形態と同等のメモリサイズの場合でも11Vの印加電圧で同様の書き換え動作を行うことが可能となる。
【0169】
なお、第1及び第2の実施形態では、半導体記憶装置としてEEPROMを例示したが、電荷蓄積層が浮遊ゲート電極膜の代わりに窒化膜及び酸化膜の2層膜(NO膜)からなるMNOSトランジスタや、電荷蓄積層が酸化膜、窒化膜及び酸化膜の3層膜(ONO膜)からなるMONOSトランジスタ、又はEPROMやPROM等の半導体記憶装置にも適用可能である。
【0170】
【発明の効果】
本発明の半導体装置によれば、浮遊ゲート型のEEPROMのような不揮発性半導体メモリにおいて、ワードラインとビットラインとが絶縁膜を介して交差するようにビットラインがワードラインの下に形成され、ビットコンタクトを容易且つ確実にとることが可能となって更なる微細化及び高集積化に対応することができる。
【0171】
また、本発明の半導体装置の製造方法によれば、例えば、浮遊ゲート型のEEPROMのような不揮発性半導体メモリが内蔵されたロジックLSIを製造するに際して、ビットコンタクトを容易且つ確実にとることを可能として更なる微細化及び高集積化に対応することができるとともに、浮遊ゲートと制御ゲートとの複合ゲート構造を有するメモリセル領域と単一ゲート構造の周辺回路領域とを比較的整合性良く製造することができ、製造工程数を削減させることにより、製造コストの増大化を回避するとともに信頼性の高い半導体装置が実現される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施形態に係る半導体装置であるEEPROMのメモリセル領域を示す概略平面図である。
【図2】本発明の第1の実施形態に係るEEPROMのメモリセル領域を示す概略断面図である。
【図3】本発明の第2の実施形態において製造されるロジックLSIのメモリセル領域及びその周辺回路領域を示す概略平面図である。
【図4】本発明の第2の実施形態によるロジックLSIの製造方法を工程順に示す概略断面図である。
【図5】本発明の第2の実施形態によるロジックLSIの製造方法を工程順に示す概略断面図である。
【図6】本発明の第2の実施形態によるロジックLSIの製造方法を工程順に示す概略断面図である。
【図7】本発明の第2の実施形態によるロジックLSIの製造方法を工程順に示す概略断面図である。
【図8】本発明の第2の実施形態によるロジックLSIの製造方法を工程順に示す概略断面図である。
【図9】本発明の第2の実施形態によるロジックLSIの製造方法を工程順に示す概略断面図である。
【図10】本発明の第2の実施形態によるロジックLSIの製造方法を工程順に示す概略断面図である。
【図11】本発明の第3の実施形態に係るEEPROMのメモリセル領域を示す概略断面図である。
【図12】本発明の第4の実施形態において製造されるロジックLSIのメモリセル領域及びその周辺回路領域を示す概略平面図である。
【図13】本発明の第4の実施形態によるロジックLSIの製造方法を工程順に示す概略断面図である。
【図14】本発明の第4の実施形態によるロジックLSIの製造方法を工程順に示す概略断面図である。
【図15】本発明の第4の実施形態によるロジックLSIの製造方法を工程順に示す概略断面図である。
【符号の説明】
1 シリコン半導体基板
2 素子形成領域2
3 フィールド酸化膜
4 ゲート酸化膜
5 浮遊ゲート電極膜
6,29,36 ソース拡散層
7,30,35 ドレイン拡散層
8,13 層間絶縁膜
9,51 ONO膜
10,43 コンタクト孔
11,52 対向電極膜
12 第1配線層
14 第2配線層
42,44 開孔
53,54 コンタクトプラグ
Claims (35)
- 半導体基板上に画定された素子形成領域において前記半導体基板の表面に形成された第1の絶縁膜と、
少なくとも前記素子形成領域の前記第1の絶縁膜上にパターン形成された浮遊ゲート電極と、
前記素子形成領域の前記半導体基板の表面領域において、前記浮遊ゲート電極の両側に形成された一対の不純物拡散層と、
前記浮遊ゲート電極上に、前記浮遊ゲート電極の表面の一部を露出させる第1の開孔が形成された第2の絶縁膜と、
少なくとも前記浮遊ゲート電極の露出面を覆う第3の絶縁膜と、
前記第1の開孔を埋めるようにパターン形成され、前記浮遊ゲート電極と前記第3の絶縁膜を介して対向して容量結合する対向電極と、
前記第2の絶縁膜上の前記対向電極に対応する階層位置に前記対向電極と同一材料で形成され、前記第2の絶縁膜に形成された第2の開孔を通じて一方の前記不純物拡散層と電気的に接続されてなるビットラインと、
前記ビットラインを覆うように形成されて前記ビットラインを隣接する前記対向電極から電気的に分離する第4の絶縁膜と、
前記第4の絶縁膜上及び前記対向電極上に積層され、前記対向電極と電気的に接続されるとともに、前記ビットラインの上方で当該ビットラインと前記第4の絶縁膜を介して交差するワードラインとを含むことを特徴とする半導体装置。 - 前記半導体基板上に形成されて前記素子形成領域を画定する素子分離構造を有し、
前記浮遊ゲート電極が前記第1の絶縁膜上を含み隣接する2つの前記素子分離構造上にわたる形状に形成されており、前記素子分離構造上において前記浮遊ゲート電極が前記対向電極と前記第3の絶縁膜を介して容量結合するとともに前記ワードラインが前記対向電極と電気的に接続されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置。 - 前記対向電極が、前記第3の絶縁膜を介して前記浮遊ゲート電極を覆うように形成されるとともに、前記素子分離構造上において隣接する2つの前記浮遊ゲート電極と容量結合していることを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体装置。
- 前記浮遊ゲート電極が、シリコン、二酸化ルテニウム、酸化バナジウム及び酸化インジウムから選ばれた少なくとも1種から構成された膜であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の半導体装置。
- 前記ワードラインが金属膜であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか1項に記載の半導体装置。
- 前記第3の絶縁膜が、
窒化膜及び酸化膜が順次堆積されたNO膜、或いは、
酸化膜、窒化膜及び酸化膜が順次堆積されたONO膜、或いは、
チタン酸鉛、チタン酸鉛・ジルコニウム、チタン酸鉛・ジルコニウム・ランタン、チタン酸ストロンチウム、チタン酸ストロンチウム・バリウム、酸化タンタル、酸化ビスマス、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム及びタングステンブロンズから選ばれた少なくとも1種から構成された膜であることを特徴とする請求項1〜5のいずれか1項に記載の半導体装置。 - 半導体基板上に画定された素子形成領域において前記半導体基板の表面に形成された第1の絶縁膜と、
少なくとも前記素子形成領域の前記第1の絶縁膜の上にパターン形成された浮遊ゲート電極と、
前記素子形成領域の前記半導体基板の表面領域において、前記浮遊ゲート電極の両側に形成された一対の不純物拡散層と、
前記浮遊ゲート電極上に、前記浮遊ゲート電極の表面の一部を露出させる第1の開孔が形成された第2の絶縁膜と、
少なくとも前記浮遊ゲート電極の露出面を覆う第3の絶縁膜と、
前記第1の開孔を充填し、前記浮遊ゲート電極と前記第3の絶縁膜を介して対向して容量結合する対向電極と、
前記第2の絶縁膜上にパターン形成され、前記第2の絶縁膜に形成された第2の開孔を通じて一方の前記不純物拡散層と電気的に接続されてなるビットラインと、
前記ビットラインを覆うように形成されて前記ビットラインを近接する前記対向電極から電気的に分離する第4の絶縁膜と、
前記第4の絶縁膜上及び前記対向電極上に積層され、前記対向電極と電気的に接続されるとともに、前記ビットラインの上方で当該ビットラインと前記第4の絶縁膜を介して交差するワードラインとを含むことを特徴とする半導体装置。 - 前記第2の絶縁膜の表面と前記対向電極の表面とがほぼ同一平面内にあることを特徴とする請求項7に記載の半導体装置。
- 前記半導体基板上に形成されて前記素子形成領域を画定する素子分離構造を有し、
前記浮遊ゲート電極が前記第1の絶縁膜上を含み隣接する2つの前記素子分離構造上にわたる形状に形成されており、前記素子分離構造上において前記浮遊ゲート電極が前記対向電極と前記第3の絶縁膜を介して容量結合するとともに前記ワードラインが前記対向電極と電気的に接続されていることを特徴とする請求項7又は8に記載の半導体装置。 - 前記対向電極が、前記第3の絶縁膜を介して前記浮遊ゲート電極を覆うように形成されるとともに、前記素子分離構造上において隣接する2つの前記浮遊ゲート電極と容量結合していることを特徴とする請求項9に記載の半導体装置。
- 前記浮遊ゲート電極が、シリコン、二酸化ルテニウム、酸化バナジウム及び酸化インジウムから選ばれた少なくとも1種から構成された膜であることを特徴とする請求項7〜10のいずれか1項に記載の半導体装置。
- 前記ワードラインが金属膜であることを特徴とする請求項7〜11のいずれか1項に記載の半導体装置。
- 前記第3の絶縁膜が、
窒化膜及び酸化膜が順次堆積されたNO膜、或いは、
酸化膜、窒化膜及び酸化膜が順次堆積されたONO膜、或いは、
チタン酸鉛、チタン酸鉛・ジルコニウム、チタン酸鉛・ジルコニウム・ランタン、チタン酸ストロンチウム、チタン酸ストロンチウム・バリウム、酸化タンタル、酸化ビスマス、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム及びタングステンブロンズから選ばれた少なくとも1種から構成された膜であることを特徴とする請求項7〜12のいずれか1項に記載の半導体装置。 - 半導体基板上の素子領域に第1の絶縁膜を形成する第1の工程と、
少なくとも前記第1の絶縁膜上に浮遊ゲート電極をパターン形成する第2の工程と、
前記半導体基板の表面領域に不純物を導入して一対の不純物拡散層を形成する第3の工程と、
前記浮遊ゲート電極上に第2の絶縁膜を形成する第4の工程と、
前記第2の絶縁膜に、前記浮遊ゲート電極の表面の一部を露出させる第1の開孔を形成するとともに、一方の前記不純物拡散層の表面を露出させる第2の開孔を形成する第5の工程と、
少なくとも前記第1の開孔内で露出した前記浮遊ゲート電極上に第3の絶縁膜を形成する第6の工程と、
前記第1の開孔内を前記第3の絶縁膜を介して埋め込むとともに、前記第2の開孔内を埋め込む膜厚に、前記第2の絶縁膜上を含む全面に導電膜を形成する第7の工程と、
前記導電膜をパターニングし、前記第2の導電膜を前記第1の開孔内を埋め込むように島状に残して、前記浮遊ゲート電極と前記第3の絶縁膜を介して容量結合する対向電極をパターン形成するとともに、前記導電膜を前記第2の開孔内を埋め込むように前記第2の絶縁膜上に帯状に残して、一方の前記不純物拡散層と電気的に接続されるビットラインをパターン形成する第8の工程と、
前記ビットラインを覆い、前記対向電極を露出させるように、第4の絶縁膜をパターン形成する第9の工程と、
前記対向電極上及び前記第4の絶縁膜上に、前記対向電極と電気的に接続するとともに、前記ビットラインの上方で当該ビットラインと前記第4の絶縁膜を介して交差するワードラインをパターン形成する第10の工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記第2の工程において、前記浮遊ゲート電極を、前記第1の絶縁膜上を含み隣接する2つの素子分離構造上にわたる形状に形成することを特徴とする請求項14に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第5の工程において、前記第1の開孔を前記素子分離構造上で隣接する2つの前記浮遊ゲート電極の各端部を露出させるように形成することを特徴とする請求項15に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記素子領域とともにトランジスタを備える前記素子領域の周辺回路領域を形成するに際して、
前記第4の工程において、前記素子領域側に前記第2の絶縁膜を形成する際に、前記周辺回路領域側には、前記トランジスタの構成要素であるゲート配線を覆うように前記第2の絶縁膜を形成し、
前記第5の工程において、前記素子領域側の前記第2の絶縁膜に前記第1及び第2の開孔を形成する際に、前記周辺回路領域側には、前記トランジスタの構成要素である一対の不純物拡散層が形成された前記半導体基板の表面の一部を露出させるように前記第2の絶縁膜に第3の開孔を形成し、
前記第7の工程において、前記素子領域に前記導電膜を形成する際に、前記周辺回路領域側には、前記第2の絶縁膜に形成された前記第3の開孔内を含む全面に前記導電膜を形成し、
前記第8の工程において、前記素子領域に前記導電膜をパターニングする際に、前記周辺回路領域側には、前記第2の絶縁膜上に形成された前記導電膜を、第3の開孔内に充填するとともに前記第2の絶縁膜上に延在する形状に残すことを特徴とする請求項14〜16のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記浮遊ゲート電極が、シリコン、二酸化ルテニウム、酸化バナジウム及び酸化インジウムから選ばれた少なくとも1種から構成された膜であることを特徴とする請求項14〜17のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記ワードラインが金属膜であることを特徴とする請求項14〜18のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第3の絶縁膜が、
窒化膜及び酸化膜が順次堆積されたNO膜、或いは、
酸化膜、窒化膜及び酸化膜が順次堆積されたONO膜、或いは、
チタン酸鉛、チタン酸鉛・ジルコニウム、チタン酸鉛・ジルコニウム・ランタン、チタン酸ストロンチウム、チタン酸ストロンチウム・バリウム、酸化タンタル、酸化ビスマス、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム及びタングステンブロンズから選ばれた少なくとも1種から構成された膜であることを特徴とする請求項14〜19のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。 - 半導体基板上の素子領域に第1の絶縁膜を形成する第1の工程と、
少なくとも前記第1の絶縁膜上に浮遊ゲート電極をパターン形成する第2の工程と、
前記半導体基板の表面領域に不純物を導入して一対の不純物拡散層を形成する第3の工程と、
前記浮遊ゲート電極上に第2の絶縁膜を形成する第4の工程と、
前記第2の絶縁膜に、前記浮遊ゲート電極の表面の一部を露出させる第1の開孔を形成するとともに、一方の前記不純物拡散層の表面を露出させる第2の開孔を形成する第5の工程と、
少なくとも前記第1の開孔内で露出した前記浮遊ゲート電極上に第3の絶縁膜を形成する第6の工程と、
前記第1の開孔内を前記第3の絶縁膜を介して埋め込むとともに、前記第2の開孔内を埋め込む膜厚に、前記第2の絶縁膜上を含む全面に導電膜を形成する第7の工程と、
前記第2の絶縁膜をストッパーとして前記第2の絶縁膜上の前記導電膜を除去することにより、前記第1の開孔内を前記第3の絶縁膜を介して前記導電膜で充填し、前記浮遊ゲート電極と前記第3の絶縁膜を介して容量結合する島状の対向電極を形成するとともに、前記第2の開孔内を前記導電膜で充填するコンタクトプラグを形成する第8の工程と、
前記第2の絶縁膜上で前記コンタクトプラグを介して一方の前記不純物拡散層と電気的に接続されるビットラインをパターン形成する第9の工程と、
前記ビットラインを覆い、前記対向電極を露出させるように、第4の絶縁膜をパターン形成する第10の工程と、
前記対向電極上及び前記第4の絶縁膜上に、前記対向電極と電気的に接続するとともに、前記ビットラインの上方で当該ビットラインと前記第4の絶縁膜を介して交差するワードラインをパターン形成する第11の工程とを含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。 - 前記第2の工程において、前記浮遊ゲート電極を、前記第1の絶縁膜上を含み隣接する2つの素子分離構造上にわたる形状に形成することを特徴とする請求項21に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第5の工程において、前記第1の開孔を前記素子分離構造上で隣接する2つの前記浮遊ゲート電極の各端部を露出させるように形成することを特徴とする請求項22に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記素子領域とともにトランジスタを備える前記素子領域の周辺回路領域を形成するに際して、
前記第4の工程において、前記素子領域側に前記第2の絶縁膜を形成する際に、前記周辺回路領域側には、前記トランジスタの構成要素であるゲート配線を覆うように前記第2の絶縁膜を形成し、
前記第5の工程において、前記素子領域側の前記第2の絶縁膜に前記第1及び第2の開孔を形成する際に、前記周辺回路領域側には、前記トランジスタの構成要素である一対の不純物拡散層が形成された前記半導体基板の表面の一部を露出させるように前記第2の絶縁膜に第3の開孔を形成し、
前記第7の工程において、前記素子領域に前記導電膜を形成する際に、前記周辺回路領域側には、前記第2の絶縁膜に形成された前記第3の開孔内を含む全面に前記導電膜を形成し、
前記第8の工程において、前記導電膜を除去する際に、前記周辺回路領域側では、前記第2の絶縁膜上に形成された前記導電膜を除去して、前記導電膜を前記第3の開孔内に充填させて残し、
前記第9の工程において、前記ビットラインをパターン形成する際に、前記周辺回路領域側には、前記第3の開孔内に充填された前記導電膜上に配線層をパターン形成することを特徴とする請求項21〜23のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。 - 前記浮遊ゲート電極が、シリコン、二酸化ルテニウム、酸化バナジウム及び酸化インジウムから選ばれた少なくとも1種から構成された膜であることを特徴とする請求項21〜24のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記ワードラインが金属膜であることを特徴とする請求項21〜25のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。
- 前記第3の絶縁膜が、
窒化膜及び酸化膜が順次堆積されたNO膜、或いは、
酸化膜、窒化膜及び酸化膜が順次堆積されたONO膜、或いは、
チタン酸鉛、チタン酸鉛・ジルコニウム、チタン酸鉛・ジルコニウム・ランタン、チタン酸ストロンチウム、チタン酸ストロンチウム・バリウム、酸化タンタル、酸化ビスマス、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム及びタングステンブロンズから選ばれた少なくとも1種から構成された膜であることを特徴とする請求項21〜26のいずれか1項に記載の半導体装置の製造方法。 - 半導体基板上に形成されて素子形成領域を画定する素子分離構造が素子分離領域に形成され、
前記素子形成領域において、
前記半導体基板の上方に島状にパターン形成された浮遊ゲート電極と、
前記半導体基板に形成されたソース又はドレインとなる一対の不純物拡散層と、
前記浮遊ゲート電極を含む前記半導体基板上に形成された第1の開孔部を有する第1の層間絶縁膜とを備え、
前記第1の開孔部の底面の少なくとも一部が、前記一対の不純物拡散層の一方の不純物拡散層の表層となり、
前記第1の開孔部内において、
前記一方の不純物拡散層と接続されたビットラインを備え、
前記素子分離領域において、
前記素子形成領域に形成された前記浮遊ゲート電極が、前記素子分離構造上に跨って延びた延長部を有し、
前記素子分離構造上の前記延長部上に形成された第2の開孔部を有する第1の層間絶縁膜を備え、
前記第2の開孔部の少なくとも一部が、前記延長部上に形成されており、
前記第2の開孔部内において、
少なくとも前記第2の開孔部内の前記延長部表面に形成された誘電体膜と、
少なくとも前記第1の層間絶縁膜に形成された前記第2の開孔部内で前記誘電体膜を介して前記延長部と対向して形成され、前記延長部と容量結合する制御ゲート電極とを備え、
前記ビットライン上、前記第1の層間絶縁膜上に形成された第3の開孔部を有する第2の層間絶縁膜を備え、
前記第3の開孔部の少なくとも一部が、前記制御ゲート電極上に形成されており、
前記第3の開孔部において、
前記制御ゲート電極と接続されたワードラインを備え、
前記ワードラインが、前記第2の層間絶縁膜上に延びて形成され、且つ前記第2の層間絶縁膜を介して前記ビットラインと交差することを特徴とする半導体装置。 - 前記素子分離構造が、素子分離用のフィールドシールド電極を備えた素子分離構造であることを特徴とする請求項28に記載の半導体装置。
- 前記素子分離構造が、素子分離用絶縁膜からなる素子分離構造であることを特徴とする請求項28に記載の半導体装置。
- 前記第2の開孔部内において、前記制御ゲート電極が、前記誘電体膜を介して前記延長部を覆うように形成されていることを特徴とする請求項28〜30のいずれか1項に記載の半導体装置。
- 前記浮遊ゲート電極が、シリコン、二酸化ルテニウム、酸化バナジウム及び酸化インジウム、酸化膜と窒化膜を含む積層から選ばれた少なくとも1種から構成された膜であることを特徴とする請求項28〜31のいずれか1項に記載の半導体装置。
- 前記誘電体膜が、
窒化膜及び酸化膜が順次堆積されたNO膜、或いは、
酸化膜、窒化膜及び酸化膜が順次堆積されたONO膜、或いは、
チタン酸鉛、チタン酸鉛・ジルコニウム、チタン酸鉛・ジルコニウム・ランタン、チタン酸ストロンチウム、チタン酸ストロンチウム・バリウム、酸化タンタル、酸化ビスマス、酸化イットリウム、酸化ジルコニウム及びタングステンブロンズから選ばれた少なくとも1種から構成された膜であることを特徴とする請求項28〜32のいずれか1項に記載の半導体装置。 - 前記誘電体膜が強誘電体膜であることを特徴とする請求項28〜32に記載の半導体装置。
- 3値以上の所定多値データのうちの1つが記憶される多値半導体メモリであることを特徴とする請求項28〜34のいずれか1項に記載の半導体装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP27064397A JP3684048B2 (ja) | 1996-09-18 | 1997-09-17 | 半導体装置及びその製造方法 |
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP8-267843 | 1996-09-18 | ||
JP26784396 | 1996-09-18 | ||
JP27064397A JP3684048B2 (ja) | 1996-09-18 | 1997-09-17 | 半導体装置及びその製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH10150172A JPH10150172A (ja) | 1998-06-02 |
JP3684048B2 true JP3684048B2 (ja) | 2005-08-17 |
Family
ID=26548061
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP27064397A Expired - Fee Related JP3684048B2 (ja) | 1996-09-18 | 1997-09-17 | 半導体装置及びその製造方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3684048B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7535758B2 (en) * | 2007-02-06 | 2009-05-19 | Maxim Integrated Products, Inc. | One or multiple-times programmable device |
-
1997
- 1997-09-17 JP JP27064397A patent/JP3684048B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JPH10150172A (ja) | 1998-06-02 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
KR100341251B1 (ko) | 불휘발성 반도체 기억장치 및 그 제조 방법 | |
US6835978B2 (en) | Nonvolatile semiconductor memory device having element isolating region of trench type | |
JP3641103B2 (ja) | 不揮発性半導体メモリ装置の製造方法 | |
US20020072167A1 (en) | Flash memory device and method of making same | |
KR20010030188A (ko) | 불휘발성 반도체 기억 장치 및 그 제조 방법 | |
US6417086B1 (en) | Method of manufacturing semiconductor device having nonvolatile memory and logic circuit using multi-layered, inorganic mask | |
US20090047777A1 (en) | Semiconductor device and method of manufacturing the same | |
US20030168686A1 (en) | Semiconductor integrated circuit including a dram and an analog circuit | |
KR100753154B1 (ko) | 비휘발성 메모리 소자 및 그 형성 방법 | |
US5814850A (en) | Semiconductor device including a capacitor responsible for a power supply voltage to semiconductor device and capable of blocking an increased voltage | |
JP4390412B2 (ja) | 半導体装置及びその製造方法 | |
JP2002270788A (ja) | 半導体装置及びその製造方法 | |
US5900661A (en) | EEPROM with bit lines below word lines | |
JP2000286349A (ja) | 半導体装置およびその製造方法 | |
US20150243670A1 (en) | Nonvolatile semiconductor memory device having element isolating region of trench type | |
US6632715B2 (en) | Semiconductor device having nonvolatile memory cell and field effect transistor | |
JPH11177066A (ja) | 半導体不揮発性記憶装置の製造方法 | |
JPH0334578A (ja) | 不揮発性半導体記憶装置およびその製造方法 | |
JP3684048B2 (ja) | 半導体装置及びその製造方法 | |
JP2010021496A (ja) | 半導体装置、及びその製造方法 | |
JP4394177B2 (ja) | 半導体装置及びその製造方法 | |
JP2003023117A (ja) | 半導体集積回路装置の製造方法 | |
JP4007522B2 (ja) | 半導体装置及びその製造方法 | |
US6358817B1 (en) | Semiconductor storage unit and method of manufacturing the same | |
JP2008010738A (ja) | 半導体装置およびその製造方法 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20041214 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20050214 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20050517 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20050527 |
|
R154 | Certificate of patent or utility model (reissue) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R154 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313113 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090603 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090603 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100603 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100603 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110603 Year of fee payment: 6 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120603 Year of fee payment: 7 |
|
S111 | Request for change of ownership or part of ownership |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313111 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120603 Year of fee payment: 7 |
|
R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |