JP4086790B2 - 非揮発性メモリーとその製造方法 - Google Patents

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Description

この発明は非揮発性メモリーに関するものである。
図1に示すのはアメリカ特許第6,057,575号(2000年5月2日発行:Jenq)に開示されたフラッシュメモリーセルの断面図である。このセルは半導体基層120上および中に形成されている。二酸化シリコン130は基層120に熱的に成長している。選別ゲート140が二酸化シリコン130上に形成されている。二酸化シリコン150が基層120の領域上に熱的に成長しており、選別ゲートによってはカバーされていない。ONO154(二酸化シリコン、窒化シリコン層および二酸化シリコン層のサンドイッチ構造)が選別ゲート140上に形成されている。浮遊ゲート160が誘電体層150、154上に形成されている。浮遊ゲート160の一部は選別ゲート140に重複している。
アメリカ特許第6,057,575号
ONO層164が浮遊・選別ゲート上に形成されている。制御ゲート170がONO164上に形成されている。制御ゲートは浮遊ゲート160と選別ゲート140に重複している。N+ソース/ドレイン領域174、178が基層120上に形成されている。
セルはそのチャンネル領域180(基層120のPタイプ領域)から熱電子射出によりプログラムされる。該セルは電子のFowler−Nordheimトンネリングにより浮遊ゲート160からソース領域178まで消去される。セルは自己配列プロセスにより製造され、浮遊ゲート160および制御ゲート170の左右の縁部は単一マスクにより画定されている。
Naruke他、「ソース側に側壁選別ゲートを有した新規なフラッシュ消去EEPROMセル」、IEDM技術ダイジェスト1989年、603〜606頁に他の自己配列製造プロセスが開示されている。該プロセスにおいては、浮遊・制御ゲートがまず集積構造中に形成される。ついで選別ゲートが側壁スペーサーとして浮遊・制御ゲートを含む構造の側壁上に形成される。
Naruke et al., "A New Flash−Erase EEPROM Cell with a Sidewall Select−Gate on Its Source Side", IEDM Technical Digest 1989, pages 603−606
この発明は自己配列メモリー構造(異なる構造が単一のマスクにより画定されている)を含んだものであるが、これに限定されるものではない。
一実施例にあっては、基層アイソレーション領域が半導体基層中に形成される。各基層アイソレーション領域は基層上に突出する誘電体領域である。ついで選別ゲートが形成される。選別ゲートは選別ゲートラインの一部である。各選別ゲートラインは少なくとも1行のメモリーに選別ゲートを提供する。ついで浮遊ゲート層(例えば、ポリシリコン)が析出される。基層アイソレーション領域が露出するまで浮遊ゲート層がエッチングされる。一実施例では、基層アイソレーション領域の露出が浮遊ゲート層エッチングの終点として機能する。
一実施例では、メモリーが制御ゲートを有している。制御ゲート層は浮遊ゲート層上に析出する。制御ゲート層は各選別ゲートライン上に突出している。この突出は自己配列方式で制御ゲートを確定するのに利用される。ついで浮遊ゲートが自己配列方式で画定される。
一実施例では、非揮発性メモリーセルが導電性浮遊ゲートを有している。浮遊ゲートに重複する誘電体層は浮遊ゲートと選別ゲートに重複する連続構造を有している。制御ゲートは誘電体層の連続構造および浮遊ゲートに重複しているが、選別ゲートには重複していない。
一実施例においては、集積回路が非揮発性メモリーを有している。基層アイソレーション領域がメモリーのために半導体基層中に形成される。各基層アイソレーション領域は基層上に突出する誘電体領域である。選別ゲートラインは基層アイソレーション領域に交叉している。各選別ゲートラインは平坦な上面を有しているが、底面はそうではない。選別ゲートラインの底面は基層アイソレーション領域上で上下している。
一実施例では、非揮発性メモリーが周辺NMOSおよび/またはPMOSトランジスターを有している。トランジスターゲートは半導体材料(例えばポリシリコン)を有している。多くの回路において、高チャンネルドーピングレベルにおいて低しきい値を得るために、タイプNのNMOSトランジスターゲートとタイプPのPMOSトランジスターゲートとを形成するのが望ましい。
高チャンネルドーピングは短チャンネルトランジスターにおいて望ましく、これにより短チャンネル効果を低減する。Wolf、「VLSIEraのシリコン処理」、第3巻(「サブミクロンMOSFET」)、1995年、289〜291頁、参照。MOSFETトランジスターゲートをしてソース/ドレイン領域として同じ導電性タイプを持たせるのが望ましい。
Wolf, "Silicon Processing for the VLSI Era", volume 3 ("The Submicron MOSFET"), 1995, pages 289−291
一実施例においては製造プロセスにおいて、NMOSソース/ドレイン領域のドーピングと同じステップでNMOSトランジスターゲートのドーピングが行われる。同様にPMOSトランジスターゲートもPMOSソース/ドレイン領域と同じステップでドープされ得る。
図2に示すのはこの発明の一実施例におけるスプリットゲートフラッシュメモリーアレイの平面図である。図3は追加の特徴を示す斜視図である。各メモリーセルは浮遊ゲート160、制御ゲート170および選別ゲート140を有している。これらのゲートは相互におよび半導体基層120(例えば単結晶シリコン)から絶縁されている。各制御ゲート170は制御ゲートライン170の一部であって、該ゲートラインはアレイを横断してY方向に延在している。
実施例によっては、Y方向は行方向であって、各制御ゲートライン170はメモリーセルの1行のための制御ゲートを与えている。異なる制御ゲートライン170は相互に電気的に接続されてもされなくてもよい。浮遊ゲート160は制御ゲートの下側に位置している。各浮遊ゲート160の位置は図2中×印で示されている。各選別ゲート140は選別ゲートライン140の一部である。該ラインはアレイを横断してY方向に延在している。基層アイソレーション領域220(フィールドアイソレーション領域)はX方向に延在している。実施例によっては、X方向は列(ビットライン)方向である。各領域220は全アレイを横断している。各選別ゲートライン140および各制御ゲートライン170は全ての領域220と交叉している。
次なる図面はメモリーの製造中に得られた中間製品の縦断面図である。これの断面線を図2中にX−X’、Y1−Y1’およびY2−Y2’で示す。断面線X−X’は基層アイソレーション領域220間でX方向に走っている。断面線Y1−Y1’は選別ゲートライン140を通ってY方向に走っている。断面線Y2−Y2’は制御ゲートライン170を通ってY方向に走っている。
一実施例にあっては、メモリーはつぎのようにして製造される。基層アイソレーション領域220は浅溝アイソレーション(STI)技術によりPドープ基層120中に形成される。より詳しくは図4(Y1−Y1’横断面)において、二酸化シリコン層410(酸化パッド)が熱的酸化または他の手法により半導体基層120上に形成される。窒化シリコン420が二酸化シリコン層410上に析出される。窒化シリコン420がフォトレジストマスク(図示せず)を用いて写真平板的にパターン化されて、アイソレーション溝220Tを画定する。二酸化シリコン層410と半導体基層120とは窒化シリコン420の開口を通してエッチングされる。この結果基層中に溝220Tが形成される。各溝220Tは全メモリーアレイをX方向に横断する。
窒化シリコン420は時限ウエットエッチングに掛けられて、窒化シリコン層の垂直縁部を溝220Tから離すようにする。図5において(断面線Y1−Y1’)、二酸化シリコン層410もこの段階で溝から離される。
二酸化シリコンの薄層220.1が露出されたシリコン面上に熱的に成長して溝220Tの縁部を丸くする。ついで二酸化シリコン220.2が高密度プラズマ技術(HDP)により析出される。二酸化シリコン220.2が溝を満たしてまず窒化シリコン層420を覆う。二酸化シリコン220.2は化学機械研磨(CMP)により研磨される。この研磨は窒化シリコン層420で止まり、平坦な上面が得られる。
以下の図面および図2、3において、層220.1、220.2は単一の層220として示される。図5に示すように、基層アイソレーション領域220は半導体基層120上に突出する。半導体基層120上の突出は窒化シリコン層420と二酸化シリコン層410の組み合わせた厚さとなる。基層アイソレーション領域220の突出部分を220Pで示す。窒化シリコン層420は基層アイソレーション領域220に選択的に除去される(図6、横断面Y1−Y1’)が、これはウエットエッチング(例えばリン酸)による。
ドーパントが半導体基層120に埋め込まれてメモリーアレイ下にNタイプ領域604を形成する。またアレイ周りでドーパントが基層に埋め込まれて半導体基層120の上面から領域604まで延在するNタイプ領域(図示せず)を形成する。これらの埋込みによりメモリーアレイのための完全アイソレーションPウエル120Wを生成する。領域604は以下の図面には示さない。
基層アイソレーション領域220はエッチングに掛けられる(図7、横断面Y1−Y1’)。エッチングの水平成分は基層アイソレーション領域220の側壁を活性領域710(基層領域は溝220Tによっては占拠されない)から横に引き離す。エッチングはウエット等方性エッチングである。実施例によっては、緩衝酸化物エッチングまたは希釈HF(DHF)エッチングが使われる。このエッチングにより浮遊ゲートと制御ゲートとの間に改善された容量結合が結果される。アメリカ特許出願第10/262,785号(2002年10月1日出願:Yi Ding)を参照されたい。
アメリカ特許出願第10/262,785号
基層アイソレーション領域220の部分220Pはエッチングされず半導体基層120の上面に依然として突出している。一例として突出部分220Pの最終的な厚さは、0.18μm製造プロセス(0.18μmの最少ライン幅のプロセス)の場合に、0.12μmである。特に断らない限りでは、この明細書では0.18μm製造プロセスである。
二酸化シリコン層410は基層アイソレーション領域220のエッチング時に除去される。二酸化シリコン130は半導体基層120の露出領域上に熱的に成長して、選別トランジスターのためのゲート誘電体を与える。一例として二酸化シリコン130の厚さは120Åである。
図8(横断面Y1−Y1’)に示すように、選別ゲート140はコンフォーマル析出プロセス(例えば低圧化学蒸着「LPCVD」)により構造上に形成される。選別ゲート140は酸化突出部220P間の空間を満たす。突出部220Pの側壁上に析出されたポリシリコン部分は互いに会合するので、ポリシリコン上面は平坦である。
非コンフォーマル析出プロセス、公知であるにせよ発明されたにせよ、も使用できる。選別ゲート140の上面が平坦でない場合には、析出後に公知の手法(例えば、選別ゲート140上にフォトレジスト層をスピンした後、同時にレジストとポリシリコンとを全てのフォトレジストが除去されるまで等しいエッチング速度でエッチングする)により平坦化できる。選別ゲート140の底面は突出部220P上に上下するので平坦ではない。一例として選別ゲート140の最終厚さは活性領域で0.06μmである。
窒化シリコン810は例えばLPCVDにより選別ゲート140上に一例として1500Åの厚さで析出される。必要なら窒化物の析出前にパッド酸化層(図示せず)を選別ゲート140上に形成することもできる。パッド酸化層は図18に関連して下記する制御ゲート170のエッチング中に選別ゲートを追加的に保護する。
一実施例においては、選別ゲート140および/または窒化物810の上面は平坦ではない。ウエファーはフォトレジスト層(図示せず)により被覆される。このレジストは選別ゲート140を画定するように形状付けられる。図2、図9を参照されたい。各選別ゲート140は全アレイを通ってY方向に延在している。メモリーアレイの配置は選別ゲート140ラインを画定するマスクと溝220T(図4)を画定するマスクとの間のずれに敏感ではないが、メモリーアレイの境界は別である。
窒化シリコン810はレジストの開口を経てエッチングされる。レジストが除去され、選別ゲート140は窒化シリコン810により露出されたところでエッチングされる。選別ゲート140ラインが結果として形成される。(変化実施例では、窒化物810を画定するレジストは選別ゲート140のエッチング後に除去される。)
図10(横断面X−X’)に示すように、構造は酸化されて選別ゲート140ラインの側壁上に二酸化シリコン1010を成長させる。ついで薄いコンフォーマル窒化シリコン層1030が析出され、メモリーアレイ上にマスクなしで異方性エッチングされて、選別ゲート140ラインと窒化シリコン810と側壁酸化物1010からなる各構造の側壁上にスペーサーを形成する。窒化シリコンスペーサーの形成については例えばアメリカ特許第6,355,524号(2002年3月12日発行:H.Tuan他)に記載されている。酸化ブランケットエッチングにより二酸化シリコン130の露出部分が除去される。二酸化シリコン150(図11、横断面X−X’)は半導体基層120上に例えば90Åの所望の厚さに熱的に成長する。
アメリカ特許第6,355,524号
例えばLPCVDにより構造上に浮遊ゲート160が析出され、析出中または後にドープされる。浮遊ゲート160は充分に厚くして、その上面が少なくとも窒化物810の上面と同じ高さになるようにする。特に浮遊ゲート160の上面は選別ゲート140間に領域160Tを有している。領域160Tは少なくとも窒化物810の上面と等高である。浮遊ゲート160はCMPプロセスなどにより平坦化される。図12(横断面X−X’)を参照されたい。浮遊ゲート160の上面は窒化物810の上面と等高となる。CMPプロセスとスラリーとはポリシリコン層の上面における凹部形成を回避する。
メモリーアレイ上にマスクなしに浮遊ゲート160はエッチングされる。図13A(横断面X−X’)、13B(横断面Y2−Y2’)を参照されたい。エッチングは基層アイソレーション領域220が露出するとストップする。適宜過剰エッチングして基層アイソレーション領域220の上面から浮遊ゲート160を完全に除去する。一実施例においては、浮遊ゲート160の最終厚さは1200Åである。
基層アイソレーション領域220の時限エッチングが選択的に行われてその上面において浮遊ゲート160面の下に凹面を形成する。図14(横断面Y2−Y2’)参照。このエッチングにより浮遊・制御ゲート間の容量結合が改善される。上記のアメリカ特許第6,355,524号参照。図14の実施例では基層アイソレーション領域220は半導体基層120の上面上に少なくとも0.10μm突出したまま(220Pで示す)である。基層アイソレーション領域220はエッチング後は基層の上に突出しない。
ONO層1510(図15A、横断面X−X’)が基層上に形成される。例えば二酸化シリコン層を浮遊ゲート160上に熱的に成長させることもできるし、または高温酸化プロセス(HTO)により厚さ50Åに析出させることもできる(HTOは例えば2002年12月26日発行のアメリカ特許出願第2002/0197888号に記載されている)。ついで窒化シリコン層はLPCVDにより厚さ80Åに析出できる。ついで他の二酸化シリコン層がHTOにより厚さ50Åに析出できる。これらのプロセスと厚さとは単なる例示に過ぎないものである。
アメリカ特許出願第2002/0197888号
ONO1510、浮遊ゲート160および二酸化シリコン150はメモリーの周辺領域1512(図15B)から除去される。適宜なゲート誘電体層1520が従来技術により半導体基層120上の周辺に形成される。図15Bの例では、該周辺領域は高電圧トランジスター領域1512Hと低電圧トランジスター領域1512Lを有している。層1520は下記のようにして形成される。
領域1512H、1512Lにおいて二酸化シリコンが熱的に成長するかまたはHTOにより厚さ140Åで析出される。この酸化物はマスクエッチングにより低電圧領域1512Lから除去される。ついで他の二酸化シリコン層が熱的酸化により領域1512H、1512Lに厚さ60Åで形成される。この結果高電圧領域1512Hにおける酸化物の厚さは140Åから200Åに増加する。ONO1510(図15A)の上面酸化層はそれらのステップ中により厚くおよび/または密にすることができる。これに代えて周辺における酸化物1520の形成中にONO1510サンドイッチの全上面酸化層を形成することもできる。
図15Bに示すのは周辺領域1512のNMOSおよびPMOSトランジスターのために半導体基層120中に形成されるウエル1522である。公知技術による酸化物1520の製造前に、このウエルは形成できかつ該ウエル中へのしきい値電圧移植が行われる。
制御ゲート170(図16A、横断面X−X’および図16B、周辺領域)がONO1510および誘電体1520上に析出される。制御ゲート170は当初はドープされない(「真性」、図16Bに「INTR」で示されるように)。ついで周辺領域1512がマスクされて制御ゲート170がメモリーアレイ領域にドープN+される。
制御ゲート170の上面は平坦ではない。制御ゲート170は突出部170.1を有している。該突出部170.1は、写真平板処理に頼ることなしに、制御および浮遊ゲートを画定するのに使われる。
図16Aに示すように突出部170.1間で制御ゲート170中に空間170Cが形成される。図17Aに示すように(横断面X−X’)、これらの空間はある材料1710で満たされる。一実施例においては、材料1710は制御ゲート170上に析出されてCMPなどの手法によって平坦化された二酸化シリコンである。メモリーアレイ領域は平坦な上面を有しており制御ゲート170は露出されている。酸化物1710も周辺領域(図17B)に析出されるが、実施例によっては制御ゲート170は酸化物平坦化によって周辺で露出されることはない。
これは浮遊ゲート160が周辺において除去されたからである。したがって、酸化物1710平坦化の前には、酸化物1710の上面レベルはアレイ領域より低い。酸化物平坦化プロセスは酸化物1710を周辺に残しても残さなくともよい。図17Bの例では、平坦化中に酸化物1710は周辺から完全に除かれない。
制御ゲート170はマスクなしで酸化物1710に選択的にエッチングされる。図18(横断面X−X’)参照。このエッチングはポリシリコン部分170.1を攻撃してメモリーアレイ領域の上面内に空間1810を形成する。制御ゲート170はこれらの空間内において酸化物1710に対して凹面化されている。図18の実施例では、このエッチングはONO1510を露出させて、ONO1510の上面の下側に制御ゲート170の上面を凹面化する。しかしこれは必要ではない。ポリシリコンエッチングはONO1510を露出させるまえにとめることができる、またはONO層が露出され始めたら止めることもできる。もしONO1510が露出されたら、空間1810中で選別ゲート140側の制御ゲート170の幅W1は制御・浮遊ゲートの幅を下記するように自己画定する。
一実施例においては、制御ゲート170の最少厚さ(空間1810の底部において)は0.18μmであり、幅W1もやはり0.18μmである。図18において制御ゲート170の上面は空間1810において凹部化されている。他の実施例では制御ゲート170はメモリーアレイ領域の全般に亙って平坦な上面を有している。
周辺領域において(図17B)制御ゲート170は酸化物1710により保護されており、周辺領域はポリシリコンエッチングにより変化することはない。酸化物平坦化プロセス中(図17Aに関連して上記した)に周辺領域でもし酸化物1710が除去された場合には、制御ゲート170は追加のマスク(図示せず)によりポリシリコンエッチング中に周辺領域が保護される。
空間1810に保護層が形成されて選別ゲート140近傍で制御ゲート170を保護する。一実施例においては、この層1910は窒化シリコンである(図19A、横断面X−X’、図19B、周辺1512の横断面)。窒化物1910は構造上に析出されて、酸化物1710がメモリーアレイ領域で露出するまでCMPにより研磨される。図20A(横断面X−X’)参照。窒化物1910は空間1810中に残る。
CMPの代わりに、窒化物1910は平坦な上面を有した材料(図示せず)を析出し、酸化物1710が露出するまでこの材料と窒化物を同じ速度でエッチングすることにより、処理できる。該材料はフォトレジストであってもよい。窒化物のエッチング後該材料は除去できる。
周辺に浮遊ゲート160が存在しないので、窒化物平坦化前には周辺領域1512においては窒化物1910の上面はアレイ領域より低い。窒化物平坦化は周辺の窒化物1910を除くこともあり除かないこともある。一実施例においては、窒化物は除去されず、周辺領域は図19Bに示すような状態のままである。図20Aに示す非反射コーチング層(ARC)は窒化物1910上に流れて硬化される。このステップ後構造は平坦な上面を有する。
ウエファーはフォトレジスト層2020により被覆される。このレジストは選別ゲート140の一側において窒化物1910の部分を保護するように形状付けられている。図20B(上面図)に図2に示す特徴に関してマスク2020を示す。レジスト2020は制御ゲート170ラインの将来の位置に重なり、制御ゲート170が除去されるであろう隣接する選別ゲート140ライン間でそれらの領域を露出させる。マスク2020の長手方向縁部は選別ゲート140ライン上どこにでも配置できる。したがってアレイ領域においてはマスクを精密に配列させることは重要ではない。レジスト2020は周辺領域1512上を被覆しない。
窒化シリコン1910とARC2010とはレジスト2020による露出部分においてエッチングされる。レジスト2020とARC2010の残りの部分はそれから除去される。結果として得られるメモリーアレイ構造を図21(横断面X−X’)に示す。窒化物1910は制御ゲート170の幅W1(図18、21)の部分を空間1810の底部で保護する。窒化物エッチングは周辺領域において窒化物1910を除去する。周辺領域は図17Bに示すようになる。
酸化物1710はアレイおよび周辺領域においてブランケットエッチングによりエッチングされる。結果として得られる構造を図22A(横断面X−X’)および図22B(周辺)に示す。ついでウエファーはフォトレジスト層(図示せず)により被覆される。このレジストは周辺領域を被覆するように形状付けられる。このレジストはメモリーアレイは被覆しない。制御ゲート170は窒化物1910をマスクとしてアレイ領域においてエッチングされる。このエッチングは二酸化シリコンに対して選択的であり、エッチングはONO1510上で止まる。結果として得られる構造を図23(横断面X−X’)に示す。
ONO1510と浮遊ゲート160とは窒化物1910によりアレイ領域においてエッチングされる。層1510と160とは窒化物1910により被覆されていない領域から完全に除去される。図24(横断面X−X’)参照。窒化物層1910、810、1030はONO1510のエッチング中に部分的に除くことができる。浮遊ゲート160と制御ゲート170ラインはこのステップの結果完全に画定されて図2、3に示すようになる。制御ゲート170ラインの上面の幅はW1であり、これは図18に関連して前記したように定められる。
図24のメモリーは一方では選別ゲート140との間で他方では浮遊ゲート160と制御ゲート170との間で信頼できる側壁絶縁を有している。この絶縁は層1010、1030により与えられる。この点に関して、図24はNaruke他による前記文献に開示されたメモリーとよい対照をなしている。Naruke他のメモリーにおいては、浮遊・制御ゲートがまず集積状に形成される。ついで選別ゲートが側壁スペーサーとして形成される。浮遊・制御ゲートの集積上によき側壁絶縁を形成することには問題がある。なぜなら浮遊・制御ゲート層は集積から突出した「肩部」を有しているからである。側壁絶縁は肩部上で薄くなることがある。よき側壁絶縁は図24の選別ゲート140の側壁上の方が形成し易い。なぜなら選別ゲートは他の導電性の層と集積しないからである。しかしこの発明は図24の実施例または選別ゲートが他の導電性の層と集積されない実施例に限定されるものではない。
集積浮遊・制御ゲートの形成前に選別ゲートを形成することにはつぎのような利点もある。両ゲートの集積が最初に形成されると、両ゲート層のエッチングが半導体基層120(浮遊・制御ゲートが例えばポリシリコンからできていると)中の活性領域を損傷する。活性領域の損傷は二酸化シリコン130の形成を邪魔することがある。
また一実施例では、二酸化シリコン130が二酸化シリコンの熱成長層である。浮遊・制御ゲートが最初に形成されると、二酸化シリコンを形成する熱的酸化が浮遊・制御ゲートの縁部を酸化して望ましくない。さらに一実施例では二酸化シリコン130が二酸化シリコン150より厚いので、製造プロセスの早期に二酸化シリコン130を形成するのが望ましい。
浮遊ゲート160のエッチング後周辺領域を保護しているレジストは除かれる。周辺領域は図22Bに示すようになる。制御ゲート170は露出されて周辺でのドーピングの役に立つ。下記のソース/ドレイン移植中にNMOSトランジスターはタイプNにドープされ、PMOSトランジスターはタイプPにドープされる。
ウエファーはフォトレジスト層2502(図25)により被覆される。レジストは周辺トランジスターゲートを画定するように形状付けられている。レジスト2502はメモリーアレイを被覆する。露出した制御ゲート170はエッチングされ、レジスト2502は除かれる。
ウエファーはフォトレジスト2620により被覆され、レジストはソースライン178(図25A、横断面X−X’および図25B、誘電体層のないアレイの上面図)を露出するように形状付けられている。各ソースライン178は2個の隣接する制御ゲート170ライン間でメモリーアレイを横断して、2個の制御ゲートラインを有する2個の行中の各セルに1個のソース/ドレイン領域を与える。
マスクの左右の縁部は各選別ゲート140ラインまたは制御ゲート170ライン上のどこにでも位置できるので、マスク2620の配列は重要ではない。レジスト2620は周辺領域を被覆する。
基層アイソレーション領域220はマスク2620で露出された領域(つまりソースライン178の領域)において溝220Tからエッチングされる。このエッチングはソースライン上の活性領域中の150を除去する。ついで同じマスクを用いてソースライン移植(N+)が行われる。ある実施例ではこれは高エネルギー、高ドーズ移植であって、低エネルギー、低ドーズ、広角移植が先行して(角度は例えば10〜30度)、0.1〜0.2μmのソースライン分散深さが得られる。
他の実施例では、マスク2620が形成され、ついで基層アイソレーション領域220のエッチング前に高エネルギーN+移植が行われ、ついで同じマスクを用いて溝から基層アイソレーション領域220がエッチングされる。爾後同じマスクを用いて他の低エネルギーNタイプ移植が行われる。最初の(高エネルギー)移植は少なくとも溝中の基層アイソレーション領域220によりブロックされ、ソースライン178をNタイプアイソレーション領域604(図6)に短絡するのを回避する。前記アメリカ特許第6,355,524号参照。
レジスト2620は除かれ、ウエファーがフォトレジスト層2720(図27)により被覆される。このレジストは全アレイを露出しかつ周辺NMOSトランジスター領域を露出するように形状付けられている。図27に示すのはPウエル1522Pを有した周辺NMOSトランジスター領域1512NとNウエル1522Nを有した周辺PMOSトランジスター領域1512Pである。ウエル1522N、1522Pは図15に一般的に示すウエル1522のふたつである。
集積回路には多くの領域1512N、1512Pがある。レジスト2720はPMOSトランジスター領域1512Pを被覆している。Nタイプ移植(N−)が行われてNMOSソース/ドレイン領域2730NのためのLDD(軽ドープドレイン)延在部を形成する。この移植はまた周辺NMOSトランジスターのゲートをドープする。レジスト2720はメモリーアレイを被覆してもしなくてもよい。レジスト2720がアレイを被覆しない場合には、移植によりソースライン178およびビットライン領域174(図29A)のための追加ドーピングが行われる。
レジスト2720が除かれ、他のフォトレジスト層2820(図28)がウエファー上に形成される。レジスト2820はNMOS周辺トランジスター領域1512Nとアレイ領域とを被覆するように形状付けられている。Pタイプ移植(P−)が行われて、PMOSソース/ドレイン領域2730PのためのLDD延在部を形成しかつ周辺PMOSトランジスターのゲートをドープする。
レジスト2820が除かれ、薄い二酸化シリコン層2904(図29A、横断面X−X’および図29B、周辺領域)が適当な技術(例えばTEOS、HTO、RTO)により構造上に析出する。半導体基層120と層170のシリコン面上の酸化物2904の厚さの一例を挙げると200Å〜300Åである。酸化物2904が熱的に析出する場合には(例えばRTO、急速熱的酸化)、酸化物は窒化シリコン面上でより薄くなるだろう。
薄い窒化シリコン層2910が析出しかつマスクなしに異方状にエッチングされて、周辺トランジスターのゲート上に側壁スペーサーを形成する。スペーサー2910はメモリーアレイ中にも形成される。酸化物2904はエッチストップとして機能して半導体基層120と周辺ポリシリコンゲート170の上面とを保護する。ウエファーがフォトレジスト層2920(図29B)により被覆される。レジストはPMOS周辺領域1512Pを被覆するように形状付けられるが、NMOS周辺領域1512Nとメモリーアレイとは露出させる。N+移植が行われて周辺NMOSトランジスターのためのLDD構造を形成し、周辺NMOSトランジスターゲートおよびソースライン領域178でのドーパント濃度を増加し、ビットライン領域174をドープする。図29Cは得られたメモリーアレイ構造の上面図である。浮遊・制御・選別ゲートおよび重複する窒化層がこの移植をマスクするので、アレイ領域における追加のマスクは必要ない。
レジスト2920が除かれ、ウエファーがフォトレジスト層3020(図30)により被覆される。レジストはNMOS周辺領域1512Nとメモリーアレイを被覆するように形状付けられるが、PMOS周辺領域1512Pは露出させる。P+移植が行われて、PMOSトランジスターのためのLDD構造を形成し、PMOSトランジスターゲートのドーパント濃度を増加させる。
メモリー製造は公知の技術を用いて完成される。図31の例では、レベル間誘電体3104がウエファー上に析出する。誘電体層3104、2904、150中に接触開口がエッチングされて、ビットライン領域174を露出させる。導電層3110が析出して、ビットラインを形成するように形状付けられる。ビットラインはビットライン領域174に接触する。層3104、2904、150が酸化シリコンから形成されている場合には、選別ゲート140が窒化層2910、1030により保護されているので、接触開口を画定するマスク(図示せず)の配列は重要ではない。
図32はアレイの一実施例の回路図である。これはNORアレイであって、アメリカ特許第6,355,524号に記載されたタイプである。各ビットライン3110は、メモリーセル3210の2列によって割り当てられている。セル3210はセルのチャンネル領域(半導体基層120中のセル浮遊・選別ゲートの下側のPタイプ領域)から浮遊ゲート160まで、熱電子射出によりプログラムされる。セルは電子のFowler−Nordheimトンネリングにより、浮遊ゲート160からソースライン領域178またはチャンネル領域まで、消去される。
この発明はそのような消去またはプログラム技術またはNORメモリーアレイに限定されるものではない。この発明は上記したアレイアーキテクチャーに限定されるものではない。例えばソースラインは、半導体基層120に重複しかつソースライン基層領域178に接触する層、から形成できる。ソースラインはアイソレーション溝を通す必要はない。また基層アイソレーション領域220は全アレイを横断する必要はない。図33において、基層アイソレーション領域はソースライン178において中断されている。ソースラインがドープされる前に、誘電体220は溝外でエッチングされる必要はない。浅溝単離はLOCOSなどの単離タイプで置換できる。この発明はマルチレベルセルメモリー(セルが情報の多重ビットを有しているメモリー)に応用できる。この発明は上記した特定のプロセスステップ、材料などに限定されるものではない。またLDDなどの周辺構造に限定されるものではない。
従来技術のメモリーセルの断面図である。 この発明の一実施例のメモリーの製造中の中間構造の平面図である。 製造中における図2のメモリーの斜視図である。 製造中の図2のメモリーの断面図である。 製造中の図2のメモリーの断面図である。 製造中の図2のメモリーの断面図である。 製造中の図2のメモリーの断面図である。 製造中の図2のメモリーの断面図である。 製造中の図2のメモリーの斜視図である。 製造中の図2のメモリーの断面図である。 製造中の図2のメモリーの断面図である。 製造中の図2のメモリーの断面図である。 製造中の図2のメモリーの断面図である。 製造中の図2のメモリーの断面図である。 製造中の図2のメモリーの断面図である。 製造中の図2のメモリーの断面図である。 製造中の図2のメモリーの断面図である。 製造中の図2のメモリーの断面図である。 製造中の図2のメモリーの断面図である。 製造中の図2のメモリーの断面図である。 製造中の図2のメモリーの断面図である。 製造中の図2のメモリーの断面図である。 製造中の図2のメモリーの断面図である。 製造中の図2のメモリーの断面図である。 製造中の図2のメモリーの断面図である。 図20Aの構造の平面図である。 製造中の図2のメモリーの断面図である。 製造中の図2のメモリーの断面図である。 製造中の図2のメモリーの断面図である。 製造中の図2のメモリーの断面図である。 製造中の図2のメモリーの断面図である。 製造中の図2のメモリーの断面図である。 製造中の図2のメモリーの断面図である。 製造中の図2のメモリーの断面図である。 図26Aの構造の平面図である。 製造中の図2のメモリーの断面図である。 製造中の図2のメモリーの断面図である。 製造中の図2のメモリーの断面図である。 製造中の図2のメモリーの断面図である。 図29Aの構造の平面図である。 製造中の図2のメモリーの断面図である。 製造中の図2のメモリーの断面図である。 図2のメモリーの回路図である。 この発明の一実施例のメモリーアレイの平面図である。
符号の説明
120:半導体基層
140:選別ゲート
150:二酸化シリコン
160:浮遊ゲート
170:制御ゲート
220:基層アイソレーション領域
410:二酸化シリコン層
420:窒化シリコン層

Claims (25)

  1. それぞれが互いに絶縁された導電性浮遊ゲートと第1の導電性ゲートと第2の導電性ゲートと含む非揮発性メモリーセルのアレイ領域を有した集積回路の製造方法であって、(a)半導体基層中においてその活性領域間にそれぞれが前記半導体基層から突出する誘電体領域である1以上の基層アイソレーション領域を形成し、(b)それぞれが少なくとも1個の前記活性領域と重複する1以上の第1の導電性ラインG1を形成し、(c)前記第1の導電性ラインG1上前記基層アイソレーション領域上を含む全面FG層を形成し、(d)前記FG層を膜厚方向に部分的に除去して前記基層アイソレーション領域を露出させかつ各前記第1の導電性ラインG1の少なくとも一部上から前記FG層を除去し、(e)前記FG層上に誘電体D1を形成し、(f)前記誘電体D1上に層G2を形成し、(g)前記層G2と前記誘電体D1と前記FG層とを部分的に除去して、前記FG層から前記導電性浮遊ゲートを形成するとともに前記層G2から前記第2の導電性ゲートのための1以上の第2の導電性ラインを形成するステップ含んでなり、かつ各前記第1の導電性ゲートが前記第1の導電性ラインG1の一部を含んでおり、各前記導電性浮遊ゲートが前記FG層の一部を含んでおり、各前記第2の導電性ゲートが前記層G2の一部を含んでおり、各前記第2の導電性ゲートが前記層G2から形成された前記第2の導電性ラインの一部を含んでいることを特徴とする集積回路の製造方法。
  2. 前記ステップ(d)が前記基層アイソレーション領域が露出されたことの検知時点に応じて終了することを特徴とする請求項1に記載の方法。
  3. 前記基層アイソレーション領域が前記アレイ領域を横断し、各前記第1の導電性ラインG1が複数の前記基層アイソレーション領域と交叉することを特徴とする請求項1に記載の方法。
  4. 前記第1の導電性ラインG1の上面が平坦であるが底面は前記基層アイソレーション領域および前記半導体基層の表面に沿って上下していることを特徴とする請求項1に記載の方法。
  5. 前記FG層の形成前に、さらに各前記第1の導電性ラインG1の側壁上に前記第1の導電性ラインG1を前記導電性浮遊ゲートから絶縁するための誘電体を形成することを特徴とする請求項1に記載の方法。
  6. 前記ステップ(f)において、各前記第1の導電性ラインG1上に上方への突出部分P1を有するように前記層G2が形成され、前記ステップ(g)において、(g1)前記層G2の前記突出部分P1が露出されて完全にカバーされないように前記層G2上に層L1を形成し、(g2)前記層G2を前記層L1に対して選択的に部分除去して前記突出部分P1の場所に空間を形成し、(g3)少なくとも前記空間内の前記層G2上に層L2を形成し、かつ(g4)前記層L1を除去し、さらに前記層L2で覆われていない前記層G2と前記誘電体D1と前記FG層とを部分的に選択除去することを特徴とする請求項に記載の方法。
  7. 前記ステップ(g1)において、前記層G2上の全面前記層L1を形成し、前記層L1を平坦化して前記突出部分P1を露出させることを特徴とする請求項に記載の方法。
  8. 前記ステップ(g3)において、前記層L1上の全面前記層L2を形成し、前記層L2を部分除去して前記層L1を露出させるとともに前記層L2は前記空間に残すことを特徴とする請求項に記載の方法。
  9. 前記第1の導電性ラインG1が前記アレイ領域を横断してかつ1以上の前記基層アイソレーション領域と交叉し、かつ(h)前記ステップ(g4)前に前記層L2上にマスクを形成して前記マスク中の開口を介して前記層L2を除去して各前記第1の導電性ラインG1の一方側の前記層L2を除去するが他方側では除去せず、かつ前記層L2が前記第1の導電性ラインG1の他方側で前記第1の導電性ラインG1に沿って前記アレイ領域と交叉延在していることを特徴とする請求項に記載の方法。
  10. 前記ステップ(f)において、前記層G2が集積回路の周辺領域でそれぞれが前記層G2の一部を含む周辺トランジスターゲートの位置上に形成され、前記層G2が半導体材料を有しており、前記ステップ(g1)において、前記層L1が前記層G2上に前記周辺領域中で形成され、前記ステップ(g3)において、前記層L2が前記層G2上に前記周辺領域中で形成され、前記ステップ(g1)、(g3)、(g4)、(h)の1以上のステップにおいて、前記層L1と前記層L2とが前記周辺トランジスターゲートの位置上から除去され、かつ(i)少なくとも1個の前記周辺トランジスターの領域中にドーパントを導入して、前記周辺トランジスターのゲートとソース/ドレイン領域とを同時にドープすることを特徴とする請求項に記載の方法。
  11. 前記ステップ(i)において、少なくとも1個の周辺NMOSトランジスターの領域中にNタイプドーパントを導入して、前記周辺NMOSトランジスターのゲートとソース/ドレイン領域を同時にドープし、かつ少なくとも1個の周辺PMOSトランジスターの領域中にPタイプドーパントを導入して、前記周辺PMOSトランジスターのゲートとソース/ドレイン領域を同時にドープすることを特徴とする請求項10に記載の方法。
  12. 非揮発性メモリーセルを有する集積回路であって、半導体基層と、前記半導体基層上の第1の誘電体領域と、前記第1の誘電体領域上にありかつ前記メモリーセルの一部である第1の導電性ゲートと、前記半導体基層上の第2の誘電体領域と、前記第2の誘電体領域上にありかつ前記メモリーセルの一部である導電性浮遊ゲートと、前記導電性浮遊ゲートと前記第1の導電性ゲート上に重複する連続構造を含んだ誘電体層と、前記誘電体層の連続構造と前記導電性浮遊ゲート上に重複するが前記第1の導電性ゲートには重複しない第2の導電性ゲートとを含んでなり、前記誘電体層の連続構造が前記導電性浮遊ゲートと前記第2の導電性ゲート間に存在し、前記第2の導電性ゲートが前記メモリーセルの一部であり、前記第2の導電性ゲートが前記第1の導電性ゲートから絶縁されていることを特徴とする集積回路。
  13. 前記誘電体層の連続構造が前記第2の導電性ゲートを前記導電性浮遊ゲートおよび前記第1の導電性ゲートから絶縁していることを特徴とする請求項12に記載の集積回路。
  14. 前記導電性浮遊ゲートが前記第1の導電性ゲート上に重複していないことを特徴とする請求項12に記載の集積回路。
  15. 前記メモリーセルがさらに前記半導体基層中に、第1の導電性タイプの2個のソース/ドレイン領域と、第2の導電性タイプのチャンネル領域とを含んでおり、前記チャンネル領域が前記第1の導電性ゲートと前記導電性浮遊ゲートとの下側で前記2個のソース/ドレイン領域の間を延在していることを特徴とする請求項12に記載の集積回路。
  16. 前記誘電体層の連続構造が前記導電性浮遊ゲートの上面の全体前記第1の導電性ゲートの上面の一部と重複するが前記第1の導電性ゲートの上面の全体には重複していないことを特徴とする請求項12に記載の集積回路。
  17. 前記誘電体層が窒化シリコン層を有していることを特徴とする請求項12に記載の集積回路。
  18. 前記誘電体層が酸化シリコン層とその上の窒化シリコン層とを有しており、前記窒化シリコン層と前記酸化シリコン層とが前記導電性浮遊ゲートの上面の全体前記第1の導電性ゲートの上面の少なくとも一部に重複していることを特徴とする請求項12に記載の集積回路。
  19. 前記誘電体層がONOであることを特徴とする請求項12に記載の集積回路。
  20. 前記メモリーセルが複数のメモリーセルのひとつであり、前記半導体基層がその活性領域の間に複数の基層アイソレーション領域を有しており、各前記基層アイソレーション領域が前記半導体基層上に突出する誘電体領域であり、各前記メモリーセルが前記半導体基層の前記活性領域上に前記第1の誘電体領域を有しており、前記第1の導電性ゲートが導電性ラインG1の一部であり、前記導電性ラインG1が複数の前記基層アイソレーション領域と前記第1の誘電体領域上に交叉してかつ各前記メモリーセルに前記第1の導電性ゲートを与えており、各前記メモリーセルが前記半導体基層上に前記第2の誘電体領域と前記第2の誘電体領域上の前記導電性浮遊ゲートとを有しており、前記誘電体層の連続構造が前記導電性浮遊ゲートと前記第1の導電性ゲートに重複しており、前記第2の導電性ゲートが導電性ラインG2の一部であり、前記導電性ラインG2が各前記メモリーセルに前記第2の導電性ゲートを与え、前記導電性ラインG2が複数の前記基層アイソレーション領域と前記導電性浮遊ゲートに重複するが前記導電性ラインG1には重複せず、前記誘電体層の連続構造が各前記導電性浮遊ゲートと前記導電性ラインG2との間に存在し、前記導電性ラインG2が前記導電性ラインG1から絶縁されていることを特徴とする請求項12に記載の集積回路。
  21. 前記導電性浮遊ゲートが前記導電性ラインG1に重複しないことを特徴とする請求項20に記載の集積回路。
  22. 複数の前記メモリーセルが複数の非揮発性メモリーセル行を有したメモリーアレイ中のメモリーセル行であり、各前記メモリーセルが前記半導体基層の前記活性領域上に前記第1の誘電体領域を有しており、前記導電性ラインG1が複数の導電性ラインG1のひとつであり、各前記導電性ラインG1が複数の前記基層アイソレーション領域と少なくとも1行の前記メモリーセル前記第1の誘電体領域上に交叉して少なくとも1行の前記メモリーセル行中の各前記メモリーセルに前記第1の導電性ゲートを与えており、各前記メモリーセルが前記半導体基層上に前記第2の誘電体領域をまた前記第2の誘電体領域上に前記導電性浮遊ゲートを有しており、前記誘電体層の連続構造が複数の連続構造のひとつであり、各前記連続構造が少なくとも1行の前記メモリーセル行中の各前記メモリーセルの前記導電性浮遊ゲートと前記第1の導電性ゲートに重複しており、前記導電性ラインG2が複数の導電性ラインG2のひとつであり、各前記導電性ラインG2が少なくとも1行の前記メモリーセル行中の各前記メモリーセル前記第2の導電性ゲートを与えており、各前記導電性ラインG2が複数の前記基層アイソレーション領域上に交叉するとともに少なくとも1行の前記メモリーセル行中の各前記メモリーセル前記導電性浮遊ゲートに重複するが対応する前記メモリーセル行前記導電性ラインG1には重複せず、各前記導電性ラインG2について、前記誘電体層の対応する連続構造が前記導電性ラインG2と前記導電性浮遊ゲート間に存在しかつ前記導電性ラインG2により重複され、前記導電性ラインG2は対応する前記導電性ラインG1から絶縁されていることを特徴とする請求項20に記載の集積回路。
  23. 前記導電性浮遊ゲートが前記導電性ラインG1に重複しないことを特徴とする請求項22に記載の集積回路。
  24. それぞれが導電性浮遊ゲートと第1の導電性ゲートと第2の導電性ゲートとを含む複数の非揮発性メモリーセルを有する集積回路であって、半導体基層と、それぞれが前記半導体基層から突出する誘電体領域でありかつ前記半導体基層中でその活性領域間にある複数の基層アイソレーション領域と、それぞれが少なくとも1つの前記活性領域に重複しその一部が各前記第1の導電性ゲートに含まれそれぞれが前記半導体基層から絶縁されかつ上面が平坦であるが底面が前記基層アイソレーション領域および前記半導体基層の表面に沿って上下している複数の導電性ラインG1と、前記導電性ラインG1の側壁上の誘電体と、前記導電性ラインG1の側壁上の前記誘電体に当接し前記導電性ラインG1および前記半導体基層から絶縁されかつそれぞれが隣接する前記基層アイソレーション領域間に延在する複数の前記導電性浮遊ゲートと、それぞれが対応する前記導電性ラインG1の少なくとも側壁に重複し複数の前記導電性浮遊ゲート上で前記側壁に沿って延在しその一部が各前記第2の導電性ゲートに含まれかつ対応する前記導電性ラインG1および下側の前記導電性浮遊ゲートから絶縁された複数の導電性ラインG2とを含んでなる集積回路。
  25. 前記複数の非揮発性メモリーセルがアレイ領域を構成しており、前記アレイ領域が前記導電性浮遊ゲートのアレイを有しており、各前記基層アイソレーション領域が前記アレイ領域を横断していることを特徴とする請求項24に記載の集積回路。
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