JP4159849B2 - Floating gate memory array manufacturing method - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、不揮発性メモリに関するものであって、殊に、フローティング・ゲート・トランジスタを用いたフラッシュEPROMセル、アレー装置、及びその製造方法に係るものである。
【0002】
【従来の技術】
フラッシュEPROMは、不揮発性の電荷蓄積型半導体集積回路の内で成長しつつある分野である。これらのフラッシュEPRQMは、チップ内のメモリ・セルを電気的な消去、プログラムミング及び読み取りをする能力を備えている。フラッシュEPROMのメモリ・セルは、データがフローティング・ゲートをチャージ又はディスチャージすることによってセルに蓄積される所謂フローティング・ゲート・トランジスタを用いて形成されている。フローティング・ゲートは、導電性物質、一般的にはポリSiで作られており、トランジスタのチャネルからは、酸化膜又は他の絶縁性の薄膜によって絶縁され、且つ、第2の絶縁膜によってトランジスタのコントロール・ゲート又はワード線から絶縁されている。
【0003】
フローティング・ゲートをチャージするという動作は、フラッシュEPROMの"プログラム"ステップと称される。このステップは、ゲート及びソース間に12ボルト程の大きさの正の電圧を印加し、又、ドレイン及びソース間に正の電圧、例えば、7ボルトの電圧を印加することによってなされ、所謂、ホット・エレクトロンの注入によってなされる。
フローティング・ゲートをディスチャージする動作は、フラッシュEPROMの"消去"機能と呼ばれる。この消去機能は、フローティング・ゲートとトランジスタのソースとの間(ソース消去)、又はフローティング・ゲートと半導体基板との間(チャネル消去)でのF−Nトンネルのメカニズムによって典型的になし遂げられる。例えば、ソース消去作用は、それぞれのメモリ・セルのドレインを浮かしながら、ソースからゲートヘ大きな正の電圧を印加することによって達成される。この正電圧は、12ボルトにもなる。
【0004】
従来のフラッシュEPROMの構造及び機能に関する詳細については、関連技術の背景を教示している以下のU.S.パテントによって知ることができる。
Mukherjee, et al., U.S. Patent No. 4,698,787 issued October 6, 1987; Holler, et al., U.S. Patent NO. 4,780,423 issued October 25, 1988.フラッシュEPROMのICに関するより進んだ技術は、次の文献に述べられている。
Woo, et al., "A Novel Memory Cell Using Flash Array Contactless EPROM (FACE) Technology", IEDM 1990, Published by the IEEE, Pages 91-94及び Woo, et al., "A Poly-Buffered "FACE" Technology for High Density Memories" 1991 SYMPOSIUM ON VLS1 TECHNOLOGY, page 73-74
コンタクトレス・アレーEPROM装置の従来技術の一例が以下に記述されている。
Kazerounian et al. "Alternate Metal Virtual Ground EPROM Array Implemented In A 0.8 (M Process for Very High Density Applications" IEDM, Published by IEEE 1991, pages 11.5.1-11.5.4。
【0005】
【特許文献1】
Mukherjee, et al., U.S. Patent No. 4,698,787 issued October 6, 1987
【特許文献2】
Holler, et al., U.S. Patent NO. 4,780,423 issued October 25, 1988.
【非特許文献1】
Woo, et al., "A Novel Memory Cell Using Flash Array Contactless EPROM (FACE) Technology", IEDM 1990, Published by the IEEE, Pages 91-94
【非特許文献2】
Woo, et al., "A Poly-Buffered "FACE" Technology for High Density Memories" 1991 SYMPOSIUM ON VLS1 TECHNOLOGY, page 73-74
【非特許文献3】
Kazerounian et al. "Alternate Metal Virtual Ground EPROM Array Implemented In A 0.8 (M Process for Very High Density Applications" IEDM, Published by IEEE 1991, pages 11.5.1-11.5.4
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
Woo et al.及び Kazerounian et alの出版物によって明らかなように、コンタクトレス・アレー不揮発性メモリの設計についての関心が高まっている。所謂、コンタクトレス・アレーは、埋め込まれた拡散層によって互いに結合されてなる蓄積セルによるアレーによって形成されており、埋め込まれた拡散層は、コンタクトによってメタル・ビット線へ間欠的に結合されているだけである。
Mukherjee et al.のシステムのような初期のフラッシュEPROMの設計では・各メモリ・セルに対して"ハーフ"・メタル・コンタクトが必要とされる。何故ならば、メタル・コンタクトは、半導体集積回路では、かなりの面積を占有しているので、それらは高密度なメモリを設計する上では大きな障害となる。更に、デバイスをより一層小さくして、面積を縮小しようとすると、アレー内の蓄積セルにアクセスする為に使用される隣接したドレインとソース・ビット線のコンタクトを覆うメタルによって、制限されることになる。
【0007】
本発明は、上述に鑑みてなされたもので、フローティング・ゲート・トランジスタからなる不揮発性メモリ・セルの改良に関するものであり、殊に、高密度に集積が可能なフラッシュEPROMセルと、そのアレー装置を提供するとともに、その製作方法を提供することを目的とするものである。
又、改良されたフラッシュEPROMセルを用いたメモリ回路を提供することを目的とするものである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明は、不揮発性メモリ・セル(フラッシュEPROMセル)は、一つのソース拡散層を2個のフローティング・ゲート・トランジスタが共用する独特のドレインーソースードレイン構成に基くものであって、延在する第1と第2のドレイン拡散領域とソース拡散領域は、半導体基板に沿って形成される。フイールド酸化物領域は、第1と第2のドレイン拡散領域の外側に形成される。フローティング・ゲートとコントロール・ゲート・ワード線は、共用されたソース領域をもつ2列からなる蓄積セルから形成されたドレインーソースードレイン構造に対して直交するように形成される。前記共用されたソース領域は、下部のブロック・セレクト・トランジスタによって仮想グランド・ターミナルに結合される。各ドレイン拡散領域は、上部のブロック・セレクト・トランジスタによって広域ビット線に結合される。本発明によるセル構造は、ドレイン、ソースとドレイン拡散領域、そして埋め込み拡散ラインのような水平のコンダクタを介して、複数の列トランジスタを仮想グランド・夕ーミナルに結合している仮想グランド・サプライに対し、実質的に平行に延在する二つの広域ビット線を使用する。このようにして、2個のトランジスタからなるセルに対して、二個のメタル・コンタクト・ピッチを必要とするだけである。
【0009】
本発明の別の観点によれば、これらの複数のドレインーソ−スードレイン構造が一個の大きなICに配列され、高密度の不揮発性の電荷蓄積型半導体集積回路が得られる。この不揮発性の電荷蓄積型半導体集積回路は、上部と下部のブロック・セレクト・トランジスタを用いることにより、ブロックの境界に沿って分割され得るとともに、個々の消去作用を可能とする。また、ブロック・セレクトという特徴は、複数のメモリ・セルからなる単一のブロックを一度に広域ビット線に結合する。このことは、アレーの所定の列に沿ったトランジスタヘのリーク電流に対する改善をもたらす。
【0010】
かくして、1個のメモリ回路が、各々がN列,M行からなる蓄積セルを有するK個のサブアレーとして提供される。蓄積セル列内の各蓄積セルは、それぞれが第1ターミナル、第2ターミナル及び制御ターミナルを有している。それぞれの行に対応する蓄積セルの制御ターミナルに結合された多数のワード線がある。蓄積セルの各々の列に対応したビット線からなるN個の広域ビット線、及び各々が、それぞれのサブアレー内部におけるそれぞれの列において、M個の蓄積セルの第1ターミナルに結合されている多数の局所ビット線がある。上部のブロック・セレクト・トランジスタは、蓄積セルのサブアレー内の局所ビット線を、サブアレー・セレクト信号に応じて対応する広域ビット線へ選択的に接続する。その上に、多数の局所仮想グランド線、及びサブアレー内の局所仮想グランド線を局所仮想グランド・ターミナルに接続する手段が含まれている。前記局所仮想グランド線の各々は、それぞれのサブアレーで、列における蓄積セルの第2夕一ミナルに結合されている。広域ビット線へ結合された列セレクト・トランジスタは、蓄積セルのN個の列へ選択的にアクセスすることができるようになっている。
【0011】
上述のようなメモリセル及びそのアレー装置に加え、フローティング・ゲート・デバイスのアレーの製造方法が提供されている。
第1番目の方法は、以下のように構成される。
第1方向に延在した多数のドレイン拡散領域を画定すること;
ドレイン拡散領域をドープすること;
トンネル絶縁性膜を、少なくともドレイン拡散領域に隣接した領域内の半導体基板主表面に形成すること;
フローティング・ゲート導電性物質を、少なくともドレイン拡散領域に隣接した領域内のトンネル絶縁性膜に設けること;
コントロール・ゲート絶縁性物質を、フローティング・ゲート導電性膜に形成すること;
延在するソース拡散領域を、半導体基板の主表面に形成されたフローティング・ゲート導電性物質によって、フローティング・ゲート導電性物質とアラインさせて露出すること;
ソース拡散領域をドープすること;
絶縁層を、ソース拡散領域と露出したフローティング・ゲート導電性物質にも設けること;そして
多数の導電性物質からなる行を、コントロール絶縁性物質及びフローティング・ゲート導電性物質を覆うように形成すること。
第2の方法は、以下のように構成される:
トンネル絶縁性物質を、少なくとも延在されたチャネル領域を半導体基板主表面を覆うように形成すること;
フローティング・ゲート導電性物質を、少なくとも延在したチャネル領域内のトンネル絶縁性物質を覆うように設けること;
コントロール・ゲート絶縁性物質を、フローティング・ゲート導電性物質を覆うように設けること;
半導体基板に延在したソース拡散領域及びドレイン拡散領域を、フローティング・ゲート導電性物質によってアラインさせて露出すること;
ドレイン拡散領域を、ドーパントを第1の分布でドープすること;ソース拡散領域を、ドーパントを第2の分布でドープすること;
絶縁層を、ソース及びドレイン拡散領域を覆い、露出したフローティング'ゲート導電性物質の上部にも成長させること;そして
多数の導電性物質からなる行を、コントロール絶縁性物質及びフローティング・ゲート導電性物質を覆うように形成すること。
【0012】
【作用】
本発明のフローティング・ゲート・トランジスタおよる不揮発性メモリには、幾つかの明瞭な特徴が存在する。
第1は、隣接するドレイン及びソース・ビット線のメタル・ピッチが、ソース(仮想グランド)ビット線を共有する構造を有することによって緩和される。前記ビット線は、トランジスタ等を平行に通り、メタル・ドレイン・コンタクト線又は広域ビット線とともに1個のメタル・ソース線に結合されている。このことによって、非常に欄密なコア・アレーを得ることができる。
第2には、フラッシュEPROMアレーは、サブアレーへ分割される該フラッシュEPROMアレーが完全にデコードされたブロック・セレクト線によって選択されている間、セクター消去が実行できることになるとともに、メモリ・セルの障害は、その対応するサブアレーが選択されている間のみに生ずる。これは、製品の動作と信頼性を非常に改善するものである。
第3としては、第1のセル・タイプでは、セルのソース側は、数多くの酸化処理過程を受けないので、ソース接合の端部は、非常に優れた完全性を保持している。更に特徴的なものは、ソース接合端がドーパントの欠乏と従来技術によって設計されたセルにありがちな酸化膜端部の厚さを厚くする作用を受けないのである。従来技術では、ソース注入後にもっと広範の酸化処理過程がある。このような理由で、新規なセルには良好なソース消去作用が期待できる。更に、かなり高いゲード・カップリング比が独特のセルのレィアウトによって実現され得る。前記レイアウトでは、フローティング・ゲート・ポリSi層がドレイン及びフイールド酸化物領域を覆って延在し、コントロール・ゲートのフローティング'ゲート・ポリSiに対するカップリング面積を著しく増大させることができる。
【0013】
又、第1の製造方法によれば、セル構造におけるソース拡散領域は、隣接したトランジスタ列におけるフローティング・ゲート・トランジスタにセルフ・アラインされる。同様に、ドレイン拡散領域は、各ブロックの反対側の絶縁領域にセルフ・アラインされる。更に、第2の製造方法によれば、ドレイン及びソース拡散領域の双方がフローティング・ゲートにセルフ・アラインされる。従って、ドレインーソースードレイン構成を、アレー内の総てのメモリ・セル・トランジスタに対して実質的に一様なチャネル長を作ることができる。又、ソースは、傾斜状接合を与えるドーパントの分布でイオン注入によてなされることにより、ソース消去作用の間のトンネリングを容易とする。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、本発明について、図1乃至図8に基づいて説明する。図1,図2は、本発明に係るフラッシュEPROM装置の回路図を示している。図3は、本発明によるフラッシュEPROM装置のメモリ回路のブロック図を示している。図4,図5及び図6,図7は、本発明に係るフラッシュEPROMセルの製造方法を示す断面図である。図8は、その平面図である。
図1は、本発明に係るフラッシュEPROMのドレインーソースードレイン回路構成(ソースを共通とする一対のトランジスタからなる構成)を説明する。この回路構成は、第1の局所ビット線10及び第2の局所ビット線11を有している。第1及び第2の局所ビット線10及び11は、以下に説明するような埋め込まれた拡散層の導電体によって得られる。また、局所仮想グランド線12も埋め込まれた拡散層により得られる。ゲート、ドレイン及びソースを有する多くのフローティング・ゲート・トランジスタは、局所ビット線10、11及び局所仮想グランド線12に結合されている。大多数のトランジスタのソースは、局所仮想グランド線12に結合されている。13で示される第1列のトランジスタのドレインは、第!の局所ビット線10に結合され、14で示される第2列のトランジスタのドレインは、第2の局所ビット線11に結合される。フローティング'ゲート・トランジスタのゲートは、ワード線WL0乃至WLNに結合される。尚、ここで各ワード線(例えば、WLl)は、第1列のトランジスタ(例えばトランジスタ15)及び第2列のトランジスタ(例えばトランジスタ16)のゲートに結合される。かくして、トランジスタ15及び16は、ソース拡散層を共用する2個のトランジスタからなるセルと考えることができる。
【0015】
フローティング・ゲートをチャージする動作は、フラッシュEPROMセルのプログラム・ステップと呼ばれる。これは、ゲート及びソース間に、12ボルト程の大きな正の電圧を、ドレイン及びソース間に6ボルトの正の電圧を印加することによるホット・エレクトロンの注入によってなし得られる。
フローティング・ゲートをディスチャージする動作は、フラッシュEPROMセルの消去ステップと呼ばれる。これは、フローティング・ゲート及びソース間のF−Nトンネル機構(ソース消去)又はフローティング・ゲート及び半導体基板間のF−Nトンネル機構(チャネル消去)によってなされる。ソース消去は、ゲートを接地するか、又は−8ポルト程度に負にバイアスし、ソースに12ボルト又は8ボルト程度に正のバイアスを加えることによって行われる。チャネル消去は、ゲートに負のバイアスを加えること、及び(又は)半導体基板に正のバイアスを加えることによって行われる。
【0016】
図1に示されているように、第1の広域ビット線17と第2の広域ビット線18は、各ドレインーソースードレイン回路構成のセルと関係付けられている。第1の広域ビット線17は、メタルー拡散コンタクト20を介して上部のブロック・セレクト・トランジスタ19のソースに結合されている。同様に、第2の広域ビット線18は、メタルー拡散コンタクト22を介して上部のブロック・セレクト・トランジスタ21のソースに結合されている。上部のブロック・セレクト・トランジスタ19、21のドレインは、第1及び第2の局所ビット線10及び11に、それぞれ結合されている。上部ブロック・セレクト・トランジスタ19、21のゲートは、ライン23に印加されるブロック・セレクト信号TBSELによって制御される。
【0017】
局所仮想グランド線12は、下部ブロック・セレクト・トランジスタ25を介して、コンダクタ24を通して仮想グランド・ターミナルに結合される。下部ブロック・セレクト・トランジスタ25のドレインは、局所仮想グランド線12に結合される。下部のブロック・セレクト・トランジスタ25のソースは、コンダクタ24に結合される。下部のブロック・セレクト・トランジスタ25のゲートは、ライン26に印加される下部のブロック・セレクト信号BBSELによって制御される。本発明が提起したシステムでは、コンダクタ24は、埋め込まれた拡散層による導電体であって、それはアレーを経てメタルー拡散コンタクトまで水平に延びている。このメタル−拡散コンタクトによって、垂直方向に延びるメタル仮想グランド・バスと接触される。
【0018】
広域ビット線17,18は、アレーを経て垂直に、それぞれの列セレクト・トランジスタ27、28へ延びている。トランジスタ27、28によってセレクト広域ビット線がセンス・アンプ及びプログラム・データ回路(図示されていない)に結合されている。かくして、列セレクト・トランジスタ27のソースは、広域ビット線17に結合され、列セレクト・トランジスタ27のゲートは、列デコード信号Ylが供給されるとともに、列セレクト・トランジスタ27のドレインは、コンダクタ29に結合されている。
【0019】
図2に示した多数のサブアレーは、図1に示したフラッシュEPROMセルのブロックによって構成されている。図2は、全体のICの内の2個のサブアレーを図示している。サブアレーは、一点鎖線50に沿って区分され、一点鎖線50から上部にサブアレー51Aを、下部にサブアレー51Bを有している。第1のブロック52は、ビット線(例えば、ビット線70、71)に沿って第2のブロック53とは対象に配置されている。一対のビット線70、71の上部,下部に、これらのメモリ・サブアレーは、メタルー拡散コンタクト55、56、57、58を共通とし、仮想グランド・コンダクタ54A、54B(埋め込または拡散層)のように分けられている。仮想グランド・コンダクタ54A、54Bは、メタルー拡散コンタクト60A、60Bを経て垂直方向に配置された仮想グランド'メタル線59までアレーを越えて水平に延びる。サブアレーは、隣接するサブアレーがメタル仮想グランド線59を共有するように、メタル・仮想グランド線59の反対側に形成される。メタル仮想グランド線59は、デコード信号ZNで制御される仮想グランド・セレクト・トランジスタ79を介してアレー・グランド及び消去高電圧回路に結合される。仮想グランド・セレクト・トランジスタ79は、メタル線59を共用しているアレー領域を高電圧消去から分離するのに使用することができる。かくして、サブアレーの配置には、広域ビット線に対し2トランジスタ・セルからなる列当たり2個のメタル・コンタクト・ピッチが、そしてメタル仮想グランド線59に対してはサブアレー当たり1個のメタル・コンタクト・ピッチが必要とされる。
【0020】
更に、図2に示された2個のサブアレーは、追加デコーディングがそれらの上部及び下部にそれぞれブロック・セレクト信号TBSELA、TBSELB、BBSELA及びBBSELBによって供給されるので、ワード線信号は共有することができる。
或る提起されたシンテムでは、各サブアレーが8ブロックからなり、32個の一対のトランジスタ・セルと各列のワード線からなっており、512個のセル・サブアレーがあり、合計16本の広域ビット線及び32本のワード線がある。明らかなように、本発明による装置は、セクター・フラッシュEPROMアレーを形成し得る。これは、読み、プログラム又は消去サイクルの間、不選択サブアレー内のトランジスタのソース及びドレインが、ビット線及び仮想グランド線に印加された電流及び電圧から絶縁されるので有利である。かくして、読み出し操作時、不選択サブアレーからの漏れ電流がビット線に印加される電流に関与しないので、読み取り操作が改善される。プログラム及び消去の操作の時は、仮想グランド線の高電圧、及びビット線が不選択ブロックから分離される。これは、セクター消去操作を可能とする。
下部のブロック・セレクト・トランジスタ(例えば、トランジスタ65A、65B)は、或る実施においては、必要としないことが判断できるであろう。又、これらのブロック・セレクト・トランジスタは、図6に関して下部に図示されているように、隣接するサブァレーとともに下部ブロック・セレクト信号を共有することができる。代わりとして、下部ブロック・セレクト・トランジスタ(例えば、65A、65B)は、隣接する仮想グランド・夕一ミナル60A、60Bを一個のアイソレーション・トランジスタによって置き換えることができる。
【0021】
図3は、本発明に係るフラッシュEPROMICの概要を示すブロック図である。フラッシュEPROMICは、図2に示したメモリ・アレイ100を有し、多数の余分セル101が、損傷したメモリ・アレーに置き換えられ得るようにシステムに備えられている。更に、この回路は、多数の参照セル102、センス・アンプ、プログラム・データ入力回路、並びアレー・グランド及び消去高電圧回路を含むブロック103、ワード線及びブロック・セレクト・デコーダを含むブロック104、そして列デコーダ及び仮想グランド・デコーダを含むブロック105を備えている。参照セル102は、製作の間に生じる、或いは、読み取られるビット線に印加される電圧及び電流に反映される等の、チャネル長の変化を計数するためにブロック103のセンス・アンプに結合される。参照セル102は、プログラミング及び消去電圧の発生にも使用され得る。この冗長セル装置は、上述で検討されたようなフラッシュEPROMアレーの分割された構成によって可能となった。
ワード線及びブロック・セレクト・デコーダ104並び列及び仮想グランド・デコーダ105は、冗長セルは、メモリ・アレー100内の不動作セルと置換し得るようテストした後にプログラムすることができる。加えて、回路は消去、プログラム及び読み操作、そして種々の動作の間で使用される仮想グランド、ドレイン及びワード線の電圧を制御するためのモード・コントロール回路106を有している。
【0022】
本発明に係るフラッシュEPROMセル及び上述の回路で使用されるセルの製作方法が、図4A乃至図4Dと図5A乃至図5D、並びに、図6A乃至図6Dと図7A乃至図7Cによる断面図によって示されている。図8は、その平面図である。
第1のセル・タイプの実施例が図4A乃至図4Dと図5A乃至図5Dに図示されている。この断面図で示したセルの製造工程は、その概略を示すものである。図4Aは、第1ステップのプロセスを図示している。Nチャネル・セルを作るためには、P-型のSi半導体基板100を用意し、よく知られたLOCOSフイールド酸化プロセスによって、垂直な方向に成長する比較的厚いフイールド酸化物領域101、102を生成させる。また、薄い酸化膜103がフィールド酸化物101、102の外周の半導体基板主表面に生成される。
図4Bに図示されるように、次のステップでは、フォトレジスト・マスク104がフイールド酸化物101、102の間に被着され、該マスクは、フイールド酸化物領域101、102に本質的に平行線に沿って延在している。これによって、ドレイン拡散領域がフイールド酸化物101とフォトレジスト・マスク104との間、及びフイールド酸化物102とフォトレジスト・マスクユ04との間に定められる。N型ドーパントが、矢印によって概略的に示されているように、薄い酸化膜103を通して半導体基板100にイオン注入される。かくして、ドレイン拡散領域が素子分離フイールド酸化物101及び102によってセルフ・アラインされる。
【0023】
次のステップでは、図4Cに示されるように、フォトレジスト・マスク104が除去され、局所ビット線105及び106が形成するために、半導体基板100に注入されたN型ドーパントをアニールして、活性化する。また、ドレイン酸化物107、108が拡散ビット線105、106を覆うように生成される。 図4Dは、セル製作の次のステップを図示している。特に、薄い酸化物103がブランク・ウェット・エッチによって除去され、そしてトンネル酸化膜110がドレイン拡散ビット線105、106の間に生成される。トンネル酸化膜110の厚さは、この実施例のシステムでは、ほぼ100オングストロームである。しかし、トンネル酸化膜110は、フラッシュEPROMセルでは約120オングストローム以下である。より厚い酸化膜は、UV−EPROMセルのような不揮発性セルに用いられ得るが、消去動作のためのトンネル酸化膜には、このような厚い酸化膜使用しない。
埋め込まれた拡散層によるビット線105、106の上部の酸化膜107、108は、このステップでは約1000オングストロームの厚さである。
【0024】
図5Aに示される次のステップは、ポリSi層111の第1層を被着し、このポリSiを導電体にするために不純物元素をドープする工程である。それから、酸化物/窒化物/酸化物(ONO)層112が第1のポリSi層111にコントロール・ゲート絶縁膜を設けるために生成される。このステップによるポリSi層111層は、約1500オングストロームの厚さであり、ONO層は、約250オングストロームの厚さである。
図5Bは、セルフ・アラインによるソース拡散領域がフォト・マスク・プロセスを用いて定められる。フォト・マスク・プロセスの後に、ポリSi層111及びONO絶縁層112は、ソース拡散領域を露出させるためにエッチされる。また、フローティング・ゲート・ポリSi層111及びONO層112が、フローティング・ゲートの巾を定めるためにエッチされる。かくして、エッチングされたポリSi層111の一方はソース拡散領域を画定し、他方はフローティング'ゲートの巾を画定する。この実施例においては、後者はフイールド酸化物領域101又は102の上部に位置している。
その後、ソース拡散領域は、ドレイン拡散領域105、106と平行に延在するN+/N-の二重拡散された拡散領域を形成するためにN型ドーパントがイオン注入されている。使用されるドーパントは、二重拡散を形成するために、燐と砒素が合わせたものである。
【0025】
図5Cに示されているように、フォトレジストは、除去されて半導体基板はアニールされる。N+とN-ド−パントを拡散しアニールすることによって、ソース拡散領域115を活性化する。また、ソース酸化膜116が生成され、且つ、酸化膜117が、フローティング・ゲートを後で定められるワード線・ポリSi層から分離するための、フローティング・ゲート・ポリSi層111の側面に沿って生成される。
図5Dは、フラッシュEPROMセルの製造プロセスの次のステップを図示している。これは、第2のポリ層118を被着することと、ワード線を定めるためにフォト・マスク・プロセスを使用することを含む。フォト・マスク・プロセスにおいては、ワード線を定めるエッチが、それぞれのトランジスタのフローティング・ゲートを定めるため、フローティング・ゲート・ポリSi層111まで続けられる。ワード線118は、約4,500オングストロームの厚さである。最後にパッシベイション及びメタリゼイション層(図示されていない)がセルの上部に被着される。
【0026】
図5Dに示されるように、第1のトランジスタがドレイン拡散ライン105とソース拡散ライン115との間に、第2のトランジスタがドレイン拡散ライン106とソース拡散ライン115との間にそれぞれ形成されたセル構造が得られる。フローティング・ゲートは、ソース拡散ライン115からドレイン拡散ライン105を横切り、そしてフィールド酸化物101を覆って延びている。本実施例では、これらのフローティング・ゲート酸化膜は、約2.4ミクロンの長さで、そして幅は、0.8ミクロンである。一方、トランジスタの上部におけるドレイン酸化膜107の一端からソース酸化膜116の一端までの、トンネル酸化膜110の幅は、約1.2ミクロンである。ドレイン拡散ライン105とフィールド酸化物102を覆う冗長領域は、カップリング比を約50%以上の大きさまでフローティング・ゲートによって増加するために用いられる。何故ならば、ONO層は、約250オングストローム厚さで、そしてトンネル酸化膜は約100オングストローム厚さであるので、カップリング比は、フローティング・ゲートの領域を増加させることによって改善させなければならないからである。代りとして、ONO層をより一層薄く作って、フローティング・ゲートに必要とされる領域を減少してよい。
理解されるように、ソース拡散はドレイン拡散とは独立したステップで行われ、それぞれのトランジスタのチャネルに傾斜接合を作ってソース消去機能を助長するために、別の分布をもったドーパントでイオン注入される。チャネル消去タイプまたはUV消去タイプのフローティング・ゲートでは、傾斜接合及びソースか拡散は必要とされない。
【0027】
次に、図6A乃至図6Dと図7A乃至図7Cは、本発明による第2のセル・タイプの実施例を断面図で示している。図6Aに図示されているように、第1ステップは、図4Aに記述したようなフィールド酸化物201、202を生成させることである。また、不用な酸化膜が生成され、この酸化膜は、トンネル酸化膜を生成するための半導体基板200を用意するために除去される。図6Bに図示されているように、薄いトンネル酸化膜203が約100オングストローム厚さに生成される。次の図6Cのステップでは、ポリSi層を被着するとともにドーパントをドープし、カップリング比が約50%以上になるように、120オングストローム厚さのONO層205を生成させる。より厚い酸化薄膜203とONO層205がUV−EPROMセルに使用される。
図6Dにおいては、フォト・マスク・プロセスがフローティング・ゲート及びN+層のソースとドレイン拡散領域を画定するために用いられる。かくして、フォト・マスク層206及び207は、フローティング・ゲート領域を保護するために定められる。ポリSi層の204及びONOの205の層が、マスク206と207によって覆われた部分を除いてエッチされ、ドレイン、ソース及びドレイン領域を露出させる。次に、N型ドーパントが、矢印208で図示されるように露出領域内にイオン注入される。これらの領域は、フローティング・ゲートとフイールド絶縁領域によるセルフ・アラインによって形成する。
フラッシュEPROMアレーについては、次ステップの図7Aに図示されている。このステップによれば、フォト・マスク・プロセスがドレイン領域及び素子分離領域を覆うマスク210、211が用いられる。このステップでは、N型のドーパントが矢印212で表されているようにイオン注入され、ソース領域は、傾斜接合を形成するべくN+とN-型のドーパントを有することになる。尚、図7Aにおけるステップは、UV消去型EPROMセルの製造方法の説明では、省略することができる。
【0028】
図7Bで図示されているように、半導体基板は、ドーパントを活性化するためにアニールされ、そしてドレイン拡散領域213と214並びにソース拡散領域215を画定する。また、ドレイン酸化膜216、217及びソース酸化膜218は、フローティング・ゲート・ポリSiの側面に沿って覆う酸化膜が生成される。
最後に、図7Cに示されているように、第2のポリSi層219が被着されるとともにトランジスタを定めるためにエッチされる。この実施例においては、ONOサンドイッチ205は、トンネル酸化膜の厚さの±20%以内の厚さであるので、カップリング比が高くて(略40%乃至60%の範囲内、なるべくは約50%)、ドレイン及びフイールド素子分離領域上に延在したフローティング・ゲートを使用する必要がない。最後にパッシベイション及びメタリゼイション層(図示されていない)が図7Cの素子に被着される。
このようにして、図7Cに見られるように、第2のタイプによるセル構造は、第1トランジスタが、埋め込みドレイン拡散領域213と埋め込みソース拡散領域215との間に、第2トランジスタが、埋め込みドレイン拡散領域214と埋め込みソース拡散領域215との間に形成されている。各トランジスタは、第1のポリSi層204で作られたフローティング・ゲートを有している。フローティング・ゲートは、各トランジスタのチャネル領域からトンネル酸化膜203によって絶縁され、ワード線・ポリSi層219内のコントロール・ゲートからはONO層205によって絶縁されている。ONO層205は、フラッシュEPROM動作のための十分に高いカップリング比を確保するために、トンネル酸化膜203の厚さは約±20%の範囲内の厚さである。
【0029】
図6A乃至図6Dと図7A乃至図7Cに図示されたセル・タイプにおけるON○層205の厚さは、十分に薄いので、フローティング・ゲートの表面面積は、図4A乃至図4Dと図5A乃至図5Dに図示された第1のタイプのセル構造においてなされたように延長する必要はない。
更に、図7Cで図示された構造においては、第1及び第2ドレイン拡散領域213、214及びソース拡散領域215の総ては、第1のポリSi層204及びONO絶縁層205によって得られたフローティング・ゲート構造でセルフ・アラインされている。これは、各トランジスタのチャネル長が実質的に等しいということを実証するものである。
【0030】
図8は、図4、図5に示されたEPROMセルICのサブ・アレーの配置図が示されている。この配置は、図7Cで示されたセルについても、フローティング・ゲートの大きさを除いて実質的に同一であることは明らかである。図8に見られるように、ICは、サブアレーを経て垂直に延在している多数の分離領域300乃至302を有する。これらの分離領域は、図5Dに図示した厚い酸化膜10L102に対応する。これらのフイールド酸化膜300、301は、分離領域を画定され、これらの間に領域303がある。素子分離された領域内には、図5Dの拡散ライン105と106に対応する帯状の第1の埋め込み拡散ライン304と第2の埋め込み拡散ライン305がある。帯状の埋め込み拡散ラインの間に、図5Dの拡散ライン115に対応するソース拡散ライン306が存在する。多数のワード線307乃至309は、アレー装置のフローティング・ゲート・トランジスタのコントロール・ゲートを画定する分離領域を横切っている。フローティング'ゲート(例えば、切欠部の310を見よ)は、トンネル酸化膜とそれぞれのワード線との間に半導体基板を覆っている。
【0031】
上部のセレクト・トランジスタは、局所ビット線によって画定された埋め込み拡散ライン304、305の各々に結合されている。例えば、切欠された領域311にあるブロック・セレクト・トランジスタは、延在する埋め込み拡散領域304と結合されているドレイン312と、メタルー拡散コンタクト314によってメタル線(図示されていない)に結合されているソース313を有している。前記メタル線は、サブ・アレーの上部で分離領域300と平行して延在する。同様に、第2の埋め込み拡散ライン305は、上部のセレクト・トランジスタのドレイン315に結合される。このトランジスタは、メタルー拡散コンタクト317に結合され、そして該コンタクトを介して広域ビット線として作用する垂直に延びるメタル線(図示されていない)へ結合されているソース316を有する。上部のブロック・セレクト・トランジスタのゲートは、アレーを横切って水平に延在している上部のセレクト・ワード線318によって設定される。局所ビット線304をメタルー拡散コンタクト314に結合している上部のブロック・セレクト・トランジスタは、局所ビット線305をメタル−拡散コンタクト317に結合しているブロック・セレクト・トランジスタから、フイールド酸化物領域319によって分離されている。このようにして、各列のトランジスタは、読み及びプログラム動作に対して独立に選択することができる。
【0032】
局所ソース拡散306は、埋め込み拡散ソース320と埋め込み拡散ドレイン321を有する下部のブロック・セレクト・トランジスタに結合される。埋め込み拡散ドレインは、アレーを横切ってメタルー拡散コンタクト322へ水平に延在している帯状の埋め込み拡散層からなるコンダクタである。該メタルー拡散コンタクトは、順番に、仮想グランド・ボルテージをアレーに供給するメタル線323に結合される。下部のブロック・セレクト・トランジスタは、ポリSi層のセレクト線324によって制御される。理解されるように、ポリSi層のセレクト線324は、図に描かれたサブアレーと、図の下にあるサブアレー325と共有されている。サブアレー325は、サブアレーを仮想グランド・バスに接続する埋め込み拡散ドレイン321を共有するブロック・セレクト・ソース領域326を有している。かくして、ポリSi層の底部ブロック・セレクト信号は、第1のサブアレーのソース領域320から延長している巾の広い構造324を横切って・第2のサプアレー325内のソース領域326へ供給される一のような方法で、底部ブロック・セレクト信号は局所仮想グランド拡散306がドレイン拡散領域321の両側のサブアレーに対して作用し得るように働く。
【0033】
当然、底部ブロック・セレクト信号が、別々のプロック・セレクト信号をワード線324に必要とする各々サブアレーに対して、個々に制御されるという外の具体化が実施され得る。前記実施例では、また、下部のブロック・セレクト・トランジスタが、上部のブロック・セレクト・トランジスタに類似した方法で、各々の埋め込み拡散ラインに対して1個としてあるように具体化され得る。もう一つ別の具体化では、下部のブロック・セレクト・トランジスタが、多数の局所仮想グランド・ビット線を制御するメタルー拡散コンタクト322の近くの1個の孤立したトランジスタをもつコンダクタで置き換えられ得る。素子分離領域例えば、素子分離領域301は周期的に、下部のブロック・セレクト・ソース領域320及びドレイン領域321を経て延長し、そして隣接するサブアレーの下部のブロック・セレクト・トランジスタを分離する。
理解され得るように、仮想グランド・メタル・バス323は図の向こう側に垂直に延びる。該バス323は、メタル−拡散コンタクト322で下部のブロック・セレクト・トランジスタに結合される。
【0034】
素子分離領域301は、サブアレーをフイールド酸化物301の両方の側に、下部のブロック・セレクト・トランジスタを分離することによって分ける。図6に示されるように、かくしてサブアレーは、一般に領域354内の下部のブロック・セレクト・トランジスタを共有している4個(例として)の列のトランジスタ350、351、352、353を有する。好ましいシステムは、サブァレーにつき16列のトランジスタ(2個トランジスタ・セルをもった8ブロック)を有し得る。拡散領域304、305によって形成されたトランジスタは、かくして、列350及び351内のトランジスタから別れたサブアレーに存在することとなる。仮想グランド・メタル線323の右側にあるトランジスタは、又分離したサブアレーに存在することになる。分け合われた下部のブロック・セレクト・トランジスタは、ライン324に印加されるブロック信号によって制御されるので、4個のサブアレー(メタル324の両側に2個)は、ライン324の信号に応ずる仮想グランド・バス323に結合された、それらのソース拡散領域、例えば、359を有する。このことは、一度に4個のサブアレーに対するセクター消去に帰着する。
【0035】
本発明では、フラッシュEPROMアレーのNチャネルについて説明したが、Pチャネルについても、容易に実現され得ることは、明らかである。
又、本発明で開示した実施例及びその説明は、本発明を説明する為のものであって、本発明の主旨を全て開示したものではない。従って、本発明を開示した実施例に限定するものではなく、斯かる実施例は、本発明の原理及びその実用的な応用をもっとも良く説明するために選択したものであって、数多くのモディフィケイション及びバリエーションは、技術に熟達した経験者によってなし得ることは明らかである。
【0036】
【発明の効果】
上述の如く、本発明の不揮発性メモリ・セル、アレー装置は、新規なフローティング・ゲート・トランジスタからなるフラッシュEPROMセルとそのアレー装置及びそのメモリ回路が提供できるものであり、その主な特徴は、以下の通りである。
1. 2本の隣接する局所ドレイン・ビット線が、1本のソース・ビット線を共用し、1本のメタル・ソース・ビット線がセルの総てのサブ・アレーと平行に形成されたもので、コンタクトレス構造によって非常に轍密な不揮発性メモリのコア・アレーが得られる効果を奏するものである。
2. セクター消去は、本発明によるフローティング・ゲート・トランジスタによって構成された区分け可能なアレー装置を用いることで、実現できる利点が在る。
3. 本発明の新規なフローティング・ゲート・トランジスタを用いた不揮発性メモリ・セルによって高度な動作と高い信頼性をもったフラッシュ・メモリ・アレー、及びメモリ回路が得られる利点がある。
【0037】
更に、本発明の不揮発性メモリ・セル、アレー装置は、フラッシュEPROMセルを提供できるとともに、この装置は、種々のメモリ回路のアレーに適応させることができる。かくして、メモリ・アレー内の蓄積セルは、ROM、PROM・EPROM・UV消去EPROM、又は他のEPROMを適用し得ることは明らかである。
更に、本願で開示されたフラッシュEPROMは、ソース消去動作の目的のためにものであり、もし望むならば、チャネル消去動作に適応できることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る不揮発性メモリ・セルを説明する為の回路図である。
【図2】本発明に係る不揮発性メモリ・セルによるアレー装置の概要を示すもので、2個のサブアレーで図示された回路図である。
【図3】本発明に係る不揮発性メモリ・セルによる半導体集積回路の一実施例を示すブロック図である。
【図4】(A)乃至(D)は、不揮発性メモリ・セルの一実施例の製造方法を図示するもので、本発明に係る不揮発性メモリ・セルによるアレー装置のワード線に沿った断面図である。
【図5】(A)乃至(D)は、図4の(A)乃至(D)に続く、不揮発性メモリ・セルの製造方法を図示する断面図である。
【図6】(A)乃至(D)は、不揮発性メモリ・セルの他の実施例の製造方法を図示するもので、本発明に係る不揮発性メモリ・セルによるアレー装置のワード線に沿った断面図である。
【図7】(A)乃至(C)は、図6の(A)乃至(D)に続く、不揮発性メモリ・セルの製造方法を図示する断面図である。
【図8】図4(A)乃至(D)、図5(A)乃至(D)の製造方法によって得られる不揮発性メモリ・セルによるアレー装置の平面図である。
【符号の説明】
10 第1の局所ビット線
11 第2の局所ビット線
12 局所仮想グランド線
13、15 第1列のトランジスタ
14、16 第2列のトランジスタ
17 第1の広域ビット線
18 第2の広域ビット線
19、21 上部ブロック・セレクト・トランジスタ
20、22 メタルー拡散コンタクト
23、26 ライン
24、29 コンダクタ
25 下部ブロック・セレクト・トランジスタ
27、28 列セレクト・トランジスタ
WL0〜WLN ワード線[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a nonvolatile memory, and more particularly, to a flash EPROM cell using a floating gate transistor, an array device, and a method for manufacturing the same.
[0002]
[Prior art]
Flash EPROM is a growing field in nonvolatile charge storage semiconductor integrated circuits. These flash EPRQMs have the ability to electrically erase, program and read memory cells in the chip. Flash EPROM memory cells are formed using so-called floating gate transistors in which data is stored in the cells by charging or discharging the floating gate. The floating gate is made of a conductive material, typically poly-Si, insulated from the transistor channel by an oxide or other insulating thin film, and by a second insulating film of the transistor. Isolated from control gate or word line.
[0003]
The operation of charging the floating gate is referred to as the “program” step of the flash EPROM. This step is performed by applying a positive voltage of about 12 volts between the gate and the source, and applying a positive voltage between the drain and the source, for example, a voltage of 7 volts.・ It is done by injection of electrons.
The operation of discharging the floating gate is called the “erase” function of the flash EPROM. This erase function is typically accomplished by a FN tunneling mechanism between the floating gate and the source of the transistor (source erase) or between the floating gate and the semiconductor substrate (channel erase). For example, the source erase action is achieved by applying a large positive voltage from the source to the gate while floating the drain of each memory cell. This positive voltage can be as high as 12 volts.
[0004]
Details regarding the structure and function of a conventional flash EPROM can be found in the following U.S. Pat. S. You can know by patent.
Mukherjee, et al., US Patent No. 4,698,787 issued October 6, 1987; Holler, et al., US Patent No. 4,780,423 issued October 25, 1988. More advanced technologies related to flash EPROM ICs are described in the following document: It has been.
Woo, et al., "A Novel Memory Cell Using Flash Array Contactless EPROM (FACE) Technology", IEDM 1990, Published by the IEEE, Pages 91-94 and Woo, et al., "A Poly-Buffered" FACE "Technology for High Density Memories "1991 SYMPOSIUM ON VLS1 TECHNOLOGY, page 73-74
An example of a prior art contactless array EPROM device is described below.
Kazerounian et al. "Alternate Metal Virtual Ground EPROM Array Implemented In A 0.8 (M Process for Very High Density Applications" IEDM, Published by IEEE 1991, pages 11.5.1-11.5.4.
[0005]
[Patent Document 1]
Mukherjee, et al., US Patent No. 4,698,787 issued October 6, 1987
[Patent Document 2]
Holler, et al., US Patent NO.4,780,423 issued October 25, 1988.
[Non-Patent Document 1]
Woo, et al., "A Novel Memory Cell Using Flash Array Contactless EPROM (FACE) Technology", IEDM 1990, Published by the IEEE, Pages 91-94
[Non-Patent Document 2]
Woo, et al., "A Poly-Buffered" FACE "Technology for High Density Memories" 1991 SYMPOSIUM ON VLS1 TECHNOLOGY, page 73-74
[Non-Patent Document 3]
Kazerounian et al. "Alternate Metal Virtual Ground EPROM Array Implemented In A 0.8 (M Process for Very High Density Applications" IEDM, Published by IEEE 1991, pages 11.5.1-11.5.4
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
Woo et al. And as is evident by Kazerounian et al publications, there is growing interest in the design of contactless array non-volatile memories. A so-called contactless array is formed by an array of storage cells that are coupled to each other by a buried diffusion layer, and the buried diffusion layer is intermittently coupled to a metal bit line by a contact. Only.
Mukherjee et al. Early flash EPROM designs such as these systems require "half" metal contacts for each memory cell. This is because metal contacts occupy a considerable area in a semiconductor integrated circuit, which is a great obstacle to designing a high-density memory. Furthermore, attempts to make the device even smaller and reduce the area are limited by the metal covering the adjacent drain and source bit line contacts used to access the storage cells in the array. Become.
[0007]
The present invention has been made in view of the above, and relates to an improvement of a nonvolatile memory cell including a floating gate transistor, and more particularly, a flash EPROM cell capable of high density integration and an array device thereof. The purpose is to provide a manufacturing method thereof.
It is another object of the present invention to provide a memory circuit using an improved flash EPROM cell.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The present invention is based on a unique drain-source-drain configuration in which a non-volatile memory cell (flash EPROM cell) is based on a unique drain-source-drain configuration in which a single source diffusion layer is shared by two floating gate transistors. First 1 The second drain diffusion region and the source diffusion region are formed along the semiconductor substrate. The field oxide region is formed outside the first and second drain diffusion regions. The floating gate and control gate word line are formed to be orthogonal to the drain-source-drain structure formed from two rows of storage cells with shared source regions. The shared source region is coupled to a virtual ground terminal by a lower block select transistor. Each drain diffusion region is coupled to a wide area bit line by an upper block select transistor. The cell structure according to the present invention is for a virtual ground supply that couples a plurality of column transistors to a virtual ground and a final through horizontal conductors such as a drain, a source and drain diffusion region, and a buried diffusion line. , Using two wide area bit lines extending substantially in parallel. In this way, only two metal contact pitches are required for a cell consisting of two transistors.
[0009]
According to another aspect of the present invention, these multiple drain-source-drain structures are arranged in one large IC, and a high-density nonvolatile charge storage semiconductor integrated circuit is obtained. This nonvolatile charge storage type semiconductor integrated circuit can be divided along the boundary of the block by using the upper and lower block select transistors, and enables individual erasing operations. The block select feature couples a single block of memory cells to a wide area bit line at a time. This provides an improvement over the leakage current to the transistors along a given column of the array.
[0010]
Thus, one memory circuit is provided as K subarrays having storage cells each consisting of N columns and M rows. Each storage cell in the storage cell array has a first terminal, a second terminal, and a control terminal. There are a number of word lines coupled to the control terminals of the storage cells corresponding to each row. N wide-area bit lines consisting of bit lines corresponding to each column of storage cells, and each of which is coupled to a first terminal of M storage cells in each column within a respective sub-array. There are local bit lines. The upper block select transistor selectively connects a local bit line in the storage cell sub-array to a corresponding wide-area bit line in response to the sub-array select signal. In addition, a number of local virtual ground lines and means for connecting the local virtual ground lines in the sub-array to the local virtual ground terminal are included. Each of the local virtual ground lines is coupled to a second evening terminal of storage cells in a column at a respective subarray. A column select transistor coupled to the global bit line is capable of selectively accessing N columns of storage cells.
[0011]
In addition to the memory cells and array devices described above, a method of manufacturing an array of floating gate devices is provided.
The first method is configured as follows.
Defining a number of drain diffusion regions extending in a first direction;
Doping the drain diffusion region;
Forming a tunnel insulating film on the main surface of the semiconductor substrate at least in a region adjacent to the drain diffusion region;
Providing a floating gate conductive material in the tunnel insulating film at least in a region adjacent to the drain diffusion region;
Forming a control gate insulating material on the floating gate conductive film;
Exposing the extended source diffusion region in alignment with the floating gate conductive material by a floating gate conductive material formed on the main surface of the semiconductor substrate;
Doping the source diffusion region;
Providing an insulating layer also on the source diffusion region and the exposed floating gate conductive material; and
Form rows of multiple conductive materials to cover the control insulating material and the floating gate conductive material.
The second method is configured as follows:
Forming a tunnel insulating material so that at least the extended channel region covers the main surface of the semiconductor substrate;
Providing a floating gate conductive material to cover at least the tunnel insulating material in the extended channel region;
Providing a control gate insulating material to cover the floating gate conductive material;
Exposing the source and drain diffusion regions extending to the semiconductor substrate by aligning them with a floating gate conductive material;
Doping the drain diffusion region with a dopant in a first distribution; doping the source diffusion region with a dopant in a second distribution;
Growing an insulating layer over the source and drain diffusion regions and also on top of the exposed floating 'gate conductive material; and
Form rows of multiple conductive materials to cover the control insulating material and the floating gate conductive material.
[0012]
[Action]
There are several distinct features in the floating gate transistor and non-volatile memory of the present invention.
First, the metal pitch of adjacent drain and source bit lines is relaxed by having a structure sharing the source (virtual ground) bit line. The bit line is a transistor. Etc. Are connected to a single metal source line along with metal drain contact lines or wide area bit lines. This makes it possible to obtain a very close core array.
Second, the flash EPROM array can perform sector erase while the flash EPROM array that is divided into sub-arrays is selected by a fully decoded block select line, and memory cell failure. Occurs only while its corresponding sub-array is selected. This greatly improves product operation and reliability.
Third, in the first cell type, the source side of the cell is not subjected to a number of oxidation processes, so the end of the source junction retains very good integrity. What is more characteristic is that the source junction edge is not subject to dopant depletion and the effect of increasing the thickness of the oxide edge that is common in cells designed according to the prior art. In the prior art, there is a more extensive oxidation process after source implantation. For this reason, a good source erasing action can be expected for a new cell. Furthermore, fairly high gade coupling ratios can be achieved with unique cell layout. In the layout, the floating gate poly-Si layer extends over the drain and field oxide regions, and the coupling area of the control gate to the floating gate poly-Si can be significantly increased.
[0013]
Further, according to the first manufacturing method, the source diffusion region in the cell structure is self-aligned with the floating gate transistor in the adjacent transistor row. Similarly, the drain diffusion region is self-aligned with the insulating region on the opposite side of each block. Furthermore, according to the second manufacturing method, both the drain and source diffusion regions are self-aligned to the floating gate. Thus, the drain-source-drain configuration can create a substantially uniform channel length for all memory cell transistors in the array. The source is also made by ion implantation with a dopant distribution that provides a graded junction, facilitating tunneling during the source erase operation.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2 show circuit diagrams of a flash EPROM device according to the present invention. FIG. 3 shows a block diagram of a memory circuit of a flash EPROM device according to the present invention. 4, 5, 6 and 7 are cross-sectional views showing a method of manufacturing a flash EPROM cell according to the present invention. FIG. 8 is a plan view thereof.
FIG. 1 illustrates a drain-source-drain circuit configuration (a configuration including a pair of transistors having a common source) of a flash EPROM according to the present invention. This circuit configuration has a first
[0015]
The operation of charging the floating gate is called the flash EPROM cell program step. This can be done by hot electron injection by applying a positive voltage as great as 12 volts between the gate and source and a positive voltage of 6 volts between the drain and source.
The operation of discharging the floating gate is called the erase step of the flash EPROM cell. This is done by the FN tunnel mechanism (source erase) between the floating gate and the source or the FN tunnel mechanism (channel erase) between the floating gate and the semiconductor substrate. Source erase is done by grounding the gate or biasing it negatively as low as -8 port and applying a positive bias as high as 12 volts or 8 volts to the source. Channel erase is performed by applying a negative bias to the gate and / or applying a positive bias to the semiconductor substrate.
[0016]
As shown in FIG. 1, the first wide
[0017]
The local
[0018]
Wide area bit
[0019]
A large number of subarrays shown in FIG. 2 are constituted by blocks of the flash EPROM cell shown in FIG. FIG. 2 illustrates two subarrays of the entire IC. The subarray is divided along the alternate long and short dash line 50, and has a subarray 51 </ b> A at the upper part and a subarray 51 </ b> B at the lower part. The
[0020]
Further, the two subarrays shown in FIG. 2 may share word line signals since additional decoding is provided by block select signals TBSELA, TBSELB, BBSELA and BBSELB at their top and bottom, respectively. it can.
In one proposed system, each subarray consists of 8 blocks, consisting of 32 pairs of transistor cells and columns of word lines, 512 cell subarrays, a total of 16 wide area bits. There are lines and 32 word lines. As can be seen, the device according to the invention can form a sector flash EPROM array. This is advantageous because during the read, program or erase cycle, the source and drain of the transistors in the unselected subarray are isolated from the current and voltage applied to the bit lines and virtual ground lines. Thus, during a read operation, the read operation is improved because the leakage current from the unselected subarray is not related to the current applied to the bit line. During the program and erase operations, the high voltage of the virtual ground line and the bit line are separated from the unselected block. This allows a sector erase operation.
It can be determined that the lower block select transistors (eg,
[0021]
FIG. 3 is a block diagram showing an outline of a flash EPROMIC according to the present invention. The flash EPROMIC has the
The word line and block
[0022]
The flash EPROM cell according to the present invention and the method of manufacturing the cell used in the above-described circuit are shown in cross-sectional views according to FIGS. 4A to 4D and FIGS. 5A to 5D, and FIGS. It is shown. FIG. 8 is a plan view thereof.
A first cell type embodiment is illustrated in FIGS. 4A-4D and 5A-5D. The manufacturing process of the cell shown in this sectional view is an outline. FIG. 4A illustrates the first step process. To make an N-channel cell, P - A type
In the next step, as illustrated in FIG. 4B, a
[0023]
In the next step, as shown in FIG. 4C, the
The
[0024]
The next step shown in FIG. 5A is a step of depositing a first layer of a poly-
In FIG. 5B, a self-aligned source diffusion region is defined using a photomask process. After the photo mask process, the poly-
Thereafter, the source diffusion region extends in parallel with the
[0025]
As shown in FIG. 5C, the photoresist is removed and the semiconductor substrate is annealed. N + And N - The
FIG. 5D illustrates the next step in the manufacturing process of the flash EPROM cell. This includes depositing the second poly layer 118 and using a photomask process to define the word lines. In the photomask process, the etch that defines the word line is continued up to the floating gate poly-
[0026]
As shown in FIG. 5D, the first transistor is formed between the
As will be appreciated, source diffusion is performed in a step independent of drain diffusion, and ion implantation is performed with a dopant with a different distribution to create a graded junction in the channel of each transistor to facilitate the source erase function. Is done. In channel erase type or UV erase type floating gates, no graded junction and source or diffusion are required.
[0027]
Next, FIGS. 6A to 6D and FIGS. 7A to 7C show sectional views of a second cell type embodiment according to the present invention. As illustrated in FIG. 6A, the first step is to generate
In FIG. 6D, a photo mask process is used to define the source and drain diffusion regions of the floating gate and N + layer. Thus, photo mask layers 206 and 207 are defined to protect the floating gate region. The
The flash EPROM array is illustrated in the next step, FIG. 7A. According to this step, masks 210 and 211 are used in which the photo mask process covers the drain region and the element isolation region. In this step, N-type dopants are ion implanted as represented by
[0028]
As illustrated in FIG. 7B, the semiconductor substrate is annealed to activate the dopant and defines
Finally, as shown in FIG. 7C, a second poly-
Thus, as seen in FIG. 7C, the cell structure according to the second type has the first transistor between the buried
[0029]
The thickness of the
Further, in the structure shown in FIG. 7C, the first and second
[0030]
FIG. 8 shows a layout of the sub-array of the EPROM cell IC shown in FIGS. It is clear that this arrangement is substantially the same for the cell shown in FIG. 7C, except for the size of the floating gate. As can be seen in FIG. 8, the IC has a number of isolation regions 300-302 extending vertically through the subarray. These isolation regions correspond to the thick oxide film 10L102 illustrated in FIG. 5D. These
[0031]
An upper select transistor is coupled to each of the buried
[0032]
Local source diffusion 306 is coupled to a lower block select transistor having a buried
[0033]
Of course, other implementations may be implemented where the bottom block select signal is individually controlled for each subarray that requires a separate block select signal on the
As can be appreciated, the virtual
[0034]
The
[0035]
In the present invention, the N channel of the flash EPROM array has been described. However, it is obvious that the P channel can be easily realized.
Further, the embodiments disclosed in the present invention and the description thereof are for explaining the present invention, and do not disclose all the gist of the present invention. Accordingly, it is not intended that the invention be limited to the disclosed embodiments, which may have been chosen in order to best explain the principles of the invention and its practical application and may be found in numerous modifications. It is clear that citations and variations can be made by experienced technicians.
[0036]
【The invention's effect】
As described above, the non-volatile memory cell and array device of the present invention can provide a flash EPROM cell composed of a novel floating gate transistor, its array device, and its memory circuit. It is as follows.
1. Two adjacent local drain bit lines share one source bit line, and one metal source bit line is formed parallel to all sub-arrays of the cell, The contactless structure provides an effect of obtaining a very dense nonvolatile memory core array.
2. Sector erasing has the advantage that it can be realized by using a separable array device constituted by floating gate transistors according to the present invention.
3. The non-volatile memory cell using the novel floating gate transistor of the present invention has an advantage that a flash memory array and a memory circuit having high operation and high reliability can be obtained.
[0037]
Furthermore, the non-volatile memory cell and array device of the present invention can provide flash EPROM cells and the device can be adapted to various memory circuit arrays. Thus, it is apparent that the storage cells in the memory array can be ROM, PROM / EPROM / UV erase EPROM, or other EPROM.
Further, it will be appreciated that the flash EPROM disclosed herein is for the purpose of a source erase operation and can be adapted to a channel erase operation if desired.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a circuit diagram for explaining a nonvolatile memory cell according to the present invention;
FIG. 2 is a circuit diagram illustrating an outline of an array device using nonvolatile memory cells according to the present invention, which is illustrated by two subarrays.
FIG. 3 is a block diagram showing an embodiment of a semiconductor integrated circuit using a nonvolatile memory cell according to the present invention.
FIGS. 4A to 4D are diagrams illustrating a method of manufacturing a nonvolatile memory cell according to an embodiment, and a cross section taken along a word line of an array device using the nonvolatile memory cell according to the present invention; FIG.
FIGS. 5A to 5D are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a nonvolatile memory cell following FIGS. 4A to 4D. FIGS.
FIGS. 6A to 6D are diagrams illustrating a method of manufacturing another embodiment of a nonvolatile memory cell, along a word line of an array device using the nonvolatile memory cell according to the present invention. FIGS. It is sectional drawing.
FIGS. 7A to 7C are cross-sectional views illustrating a method for manufacturing a nonvolatile memory cell following FIGS. 6A to 6D. FIGS.
8 is a plan view of an array device using nonvolatile memory cells obtained by the manufacturing method of FIGS. 4 (A) to (D) and FIGS. 5 (A) to (D). FIG.
[Explanation of symbols]
10 first local bit line
11 Second local bit line
12 Local virtual ground line
13, 15 transistors in the first row
14, 16 Second row transistors
17 First wide area bit line
18 Second wide area bit line
19, 21 Upper block select transistor
20,22 Metal diffusion contact
23, 26 lines
24, 29 conductors
25 Lower Block Select Transistor
27, 28 column select transistor
WL 0 ~ WL N Word line
Claims (13)
第1と第2のドレイン拡散領域をドープすることと、
少なくとも、ドレイン拡散領域に隣接した領域における半導体基板の主表面に第1の絶縁性材料を設けることと、
少なくとも、ドレイン拡散領域に隣接した領域における第1の絶縁性物質を覆うフローティング・ゲート導電性物質を設けることと、
フローティング・ゲート導電性物質を覆うコントロール・ゲート絶縁性材料を設けることと、
フローティング・ゲート導電性物質を用いて位置合わせされた半導体基板上のフローティング・ゲート導電性物質を通して延在したソース拡散領域を露出し、前記延在したソース拡散領域は、第1の延在したソース拡散領域を備え、前記第1の延在したソース拡散領域は、第1のドレイン拡散領域と間隔を空けて第1のチャネル領域を第1の延在したソース拡散領域と第1のドレイン拡散領域の間に提供し、第2のドレイン拡散領域と間隔を空けて第2のチャネル領域を第1の延在したソース拡散領域と第2のドレイン拡散領域の間に提供することと、
ドレイン拡散ドーピング工程とは区別して行われる、ソース拡散領域をドープすることと、
ソース拡散領域と露出されたフローティング・ゲート導電性物質を覆う絶縁層を設けること、そして
コントロール・ゲート絶縁性物質とフローティング・ゲート導電性物質を覆う、多数の導電性材料の行を形成すること
とからなることを特徴とするコンタクトレス・フローティング・ゲート・メモリ・アレー装置の製造方法。Defining a number of drain diffusion regions extending in a first direction, including first and second diffusion regions;
Doping the first and second drain diffusion regions;
Providing a first insulating material on the main surface of the semiconductor substrate at least in a region adjacent to the drain diffusion region;
Providing a floating gate conductive material covering at least the first insulating material in a region adjacent to the drain diffusion region;
Providing a control gate insulating material to cover the floating gate conductive material;
Exposing a source diffusion region extending through the floating gate conductive material on the semiconductor substrate aligned with the floating gate conductive material, the extended source diffusion region being a first extended source; A first extended source diffusion region, the first extended source diffusion region being spaced apart from the first drain diffusion region, the first channel region being separated from the first extended source diffusion region and the first drain diffusion region; Providing a second channel region spaced from the second drain diffusion region and between the first extended source diffusion region and the second drain diffusion region;
Doping the source diffusion region, which is performed separately from the drain diffusion doping step;
Providing an insulating layer covering the source diffusion region and the exposed floating gate conductive material, and forming a plurality of conductive material rows covering the control gate insulating material and the floating gate conductive material; A method of manufacturing a contactless floating gate memory array device comprising:
第1方向に延在され、離間して設けられた多数の絶縁領域を形成すること、
少なくとも、多数の分離領域における個々の分離された領域内部に2個のドレイン拡散領域をもつ、第1の方向に延在された第1と第2の拡散領域を含む、多数のドレイン拡散領域を画定することと、
第1と第2のドレイン拡散領域をドープすることと、
少なくとも、ドレイン拡散領域に隣接した領域に該半導体基板上に第1の絶縁性物質を設けることと、
少なくとも、ドレイン拡散領域に隣接した領域に第1の絶縁性材料を覆うフローティング・ゲート導電性物質を設けることと、
フローティング・ゲート導電性物質を覆うコントロール・ゲート絶縁性物質を設けることと、
フローティング・ゲート導電性物質を用いて位置合わせされた半導体基板上のフローティング・ゲート導電性物質を通して延在したソース拡散領域を露出し、前記延在したソース拡散領域は、第1の延在したソース拡散領域を備え、前記第1の延在したソース拡散領域は、第1のドレイン拡散領域と間隔を空けて第1のチャネル領域を第1の延在したソース拡散領域と第1のドレイン拡散領域の間に提供し、第2のドレイン拡散領域と間隔を空けて第2のチャネル領域を第1の延在したソース拡散領域と第2のドレイン拡散領域の間に提供することと、
ドレイン拡散ドーピング工程とは区別して行われる、ソース拡散領域をドープすることと、
ソース拡散領域と何かの露出されたフローティング・ゲート導電性物質を覆う絶縁層を設けること、そして
コントロール・ゲート絶縁性材料及びフローティング・ゲート導電性物質を覆う多数の導電性物質の行を形成すること
とからなることを特徴とするフローティング・ゲート・メモリ・アレーの製造方法。Forming a number of insulating regions extending in the first direction on the main surface of the semiconductor substrate;
Forming a number of insulating regions extending in the first direction and spaced apart;
A plurality of drain diffusion regions including first and second diffusion regions extending in a first direction having at least two drain diffusion regions within each of the isolation regions in the plurality of isolation regions; Defining,
Doping the first and second drain diffusion regions;
Providing a first insulating material on the semiconductor substrate at least in a region adjacent to the drain diffusion region;
Providing at least a floating gate conductive material covering the first insulating material in a region adjacent to the drain diffusion region;
Providing a control gate insulating material to cover the floating gate conductive material;
Exposing a source diffusion region extending through the floating gate conductive material on the semiconductor substrate aligned with the floating gate conductive material, the extended source diffusion region being a first extended source; A first extended source diffusion region, the first extended source diffusion region being spaced apart from the first drain diffusion region, the first channel region being separated from the first extended source diffusion region and the first drain diffusion region; Providing a second channel region spaced from the second drain diffusion region and between the first extended source diffusion region and the second drain diffusion region;
Doping the source diffusion region, which is performed separately from the drain diffusion doping step;
Providing an insulating layer covering the source diffusion region and any exposed floating gate conductive material, and forming a plurality of conductive material rows covering the control gate insulating material and the floating gate conductive material; A method of manufacturing a floating gate memory array, comprising:
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