JP4244902B2 - Nonvolatile semiconductor memory device - Google Patents
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Description
本発明は、電気的に書き込み可能な不揮発性半導体記憶装置及びその製造方法に関し、例えばEPROMに適用して好適である。 The present invention relates to an electrically writable nonvolatile semiconductor memory device and a manufacturing method thereof, and is suitable for application to, for example, an EPROM.
EPROM等の2層ゲートからなる不揮発性メモリは、半導体基板上において、キャパシタや他のトランジスタ等と共に形成される。 A nonvolatile memory composed of a two-layer gate such as an EPROM is formed on a semiconductor substrate together with a capacitor and other transistors.
従来のEPROMの製造プロセスを図10〜図15に示し、これらの図に基づいてEPROMの製造工程について説明する。なお、本図では、EPROMをキャパシタ及びMOSトランジスタと同一基板上に形成する場合を示す。 A manufacturing process of a conventional EPROM is shown in FIGS. 10 to 15, and the manufacturing process of the EPROM will be described based on these drawings. This figure shows the case where the EPROM is formed on the same substrate as the capacitor and the MOS transistor.
まず、図10(a)に示すように、p型のSi基板51にp型不純物及びn型不純物を注入、拡散して、Pウェル51a及びNウェル51bを形成したのち、選択酸化法を用いてフィールド酸化膜52を形成する。
First, as shown in FIG. 10A, after p-type impurities and n-type impurities are implanted and diffused in a p-
そして、図10(b)に示すように、ウエハ全面にダミー酸化膜53を形成し、選択酸化時のSi基板51の表面の残留応力層を除去する。
Then, as shown in FIG. 10B, a
続いて、このダミー酸化膜53を除去し、図11(a)に示すように、EPROMの第1ゲート酸化膜54を形成する。そして、EPROMのVt調整のため、EPROM領域のSi基板51の表面に選択的にp型若しくはn型の不純物を注入する。
Subsequently, the
次に、図11(b)に示すように、1層目のポリシリコン膜55を成膜したのち、図12(a)に示すように、フォトエッチングによりポリシリコン膜55をパターニングし、EPROM領域の全体にポリシリコン膜55を残すと共に、キャパシタの下部電極56を形成する。
Next, after forming a
その後、図12(b)に示すように、EPROM領域に残されたポリシリコン膜55及び下部電極56の表面を覆うように誘電膜57を形成する。
Thereafter, as shown in FIG. 12B, a
そして、誘電膜57のうち、Si基板51の表面に形成された部分を除去したのち、図13(a)に示すように、ウエハ全面に酸化膜を形成することにより、MOSトランジスタ領域のゲート酸化膜58を形成する。
Then, after removing a portion of the
続いて、nチャネル型のMOSトランジスタのVt調整用の不純物をゲート酸化膜58を透過させて、MOSトランジスタ領域に選択的に注入したのち、2層目のポリシリコン膜59をウエハ全面に成膜する。
Subsequently, an impurity for adjusting the Vt of the n-channel MOS transistor is transmitted through the
そして、図13(b)に示すように、フォトエッチングにより2層目及び1層目のポリシリコン膜59、55を同時にパターニングし、EPROMのコントロールゲート60aとフローティングゲート60bを形成する。
Then, as shown in FIG. 13B, the second and
また、続いて、図14(a)に示すように、フォトエッチングにより2層目のポリシリコン膜59をパターニングし、キャパシタの上部電極61及びMOSトランジスタのゲート62を形成する。
Subsequently, as shown in FIG. 14A, the second-
その後、熱酸化にてゲート保護膜64をウエハ全面に形成する。
Thereafter, a
そして、EPROMの書き込み速度向上のため、ドレインとフローティングゲート60bcとのオーバーラップ長が、nチャネル型MOSトランジスタのゲート62とドレインとのオーバーラップ長よりも長くなるようにする必要があるため、図14(b)に示すように、EPROMのみ先にソース、ドレイン形成用の領域65aを形成する。この工程は、LDD構造でのサイドウォール膜形成前にソース、ドレイン不純物を注入するか、若しくはソース、ドレイン形成用の不純物注入後に拡散長を稼ぐために熱処理を行うものである。
In order to improve the writing speed of the EPROM, the overlap length between the drain and the floating gate 60bc needs to be longer than the overlap length between the
続いて、図15(a)に示すように、イオン注入により、nチャネル型MOSトランジスタのソース、ドレイン65bを形成すると共に、EPROM領域においてはソース、ドレイン65aに重ねてさらに不純物が注入されるようにする。
Subsequently, as shown in FIG. 15 (a), the source and
この後、図15(b)に示すように、CVD法により層間絶縁膜66を形成したのち、層間絶縁膜66の平坦化工程を行い、さらに、層間絶縁膜66に電極引き出しのためのコンタクトホール66aを形成したのち、配線67の形成及び素子保護のための保護膜68の形成を行ってEPROMが完成する。 Thereafter, as shown in FIG. 15B, after an interlayer insulating film 66 is formed by CVD, a flattening process of the interlayer insulating film 66 is performed, and contact holes for drawing out electrodes are further formed in the interlayer insulating film 66. After forming 66a, the wiring 67 and the protective film 68 for protecting the elements are formed to complete the EPROM.
このような製造プロセスを経て、キャパシタ及びnチャネル型MOSトランジスタと共にEPROMが形成される。 Through such a manufacturing process, an EPROM is formed together with a capacitor and an n-channel MOS transistor.
このEPROMは、一層目のポリシリコン膜55でフローティングゲート60bが構成されていると共に、二層目のポリシリコン膜59でコントロールゲート60aが構成されており、フローティングゲート60bの上にコントロールゲート60aが配置された構成となっている。
In this EPROM, a
従来では、上述した製造プロセスに基づいてEPROMが形成されているが、EPROMの形成のためにのみ必要とされる工程があり、製造工程が増加してしまうという問題がある。 Conventionally, the EPROM is formed based on the above-described manufacturing process, but there is a process that is required only for the formation of the EPROM, which increases the manufacturing process.
具体的には、図11(a)に示す第1ゲート酸化膜形成工程や、その後に行うEPROMのVt調整用の不純物注入工程、図11(b)に示す一層目のポリシリコン膜54成膜後に行うEPROMのフローティングゲート分離部の除去工程、図13(b)に示すコントロールゲート60a及びフローティングゲート60bを形成するためのフォトエッチング工程、図14(b)に示すソース、ドレイン形成工程等が、EPROMの形成のためのみに必要とされる。
Specifically, the first gate oxide film forming step shown in FIG. 11A, the impurity implantation step for Vt adjustment of EPROM performed thereafter, and the
なお、キャパシタの下部電極を、基板内のn型不純物拡散層で構成した単層ゲート方式のメモリセルが知られている。この方式によると工程の追加なしのEPROMの形成が可能であるが、この単層ゲート方式では、拡散層をコントロールゲート電極として用いるため、書き込み時に印加する電圧が拡散層のアンバランシェ耐圧によって制限されてしまうということ、拡散層/基板間形成される寄生容量の影響により、書き込み効率に大きく影響するフローティングゲート電位の上昇が余り期待できないということから好ましくない。 A single-layer gate type memory cell is known in which the lower electrode of a capacitor is composed of an n-type impurity diffusion layer in a substrate. According to this method, it is possible to form an EPROM without adding a process. However, in this single-layer gate method, the diffusion layer is used as a control gate electrode, so the voltage applied at the time of writing is limited by the avalanche breakdown voltage of the diffusion layer. This is not preferable because the floating gate potential cannot be expected to increase significantly due to the influence of the parasitic capacitance formed between the diffusion layer and the substrate.
また、単層ゲート方式の問題の解決するために、SOI基板を使用してコントロールゲートとなる拡散領域を形成し、トレンチ分離にて周囲と絶縁させる方法が特許文献1に提案されているが、この方法では、ウエハ原石として高価なSOIウエハが必要であるだけでなく、トレンチ分離のための工程追加が必要となるため好ましくない。
In order to solve the problem of the single-layer gate system, a method of forming a diffusion region to be a control gate using an SOI substrate and insulating it from the surroundings by trench isolation has been proposed in
さらに、特許文献2では、ゲート間に強誘電体を用いたFRAM構造を採用することが提案されているが、FRAM形成のためには、強誘電体膜の形成および、強誘電体膜除去用の加工技術が必要であるため好ましくない。
Further, in
本発明は上記問題に鑑みて成され、不揮発性半導体記憶装置の製造工程の削減を図ると共に、該製造工程の削減が行える不揮発性半導体記憶装置を提供することを目的とする。
上記目的を達成するため、以下の技術的手段を採用する。 In order to achieve the above object, the following technical means are adopted.
請求項1に記載の発明においては、フィールド絶縁膜(2)上にコントロールゲート(5)が形成されており、フローティングゲート(10)が絶縁膜(7)を介してコントロールゲート上に配設されると共に、該コントロールゲートからゲート絶縁膜(8a)上に至るように延設され、コントロールゲートの外周は、フローティングゲートで覆われており、コントロールゲートの内周位置に開口されたフローティングゲートの窓部内にコンタクトホールが形成されていることを特徴としている。このような構成によると、コントロールゲートの内周位置にフローティングゲートを配置する場合に比して、コントロールゲートとフローティングゲートとに挟まれる面積が大きくできる。 In the first aspect of the present invention, the control gate (5) is formed on the field insulating film (2), and the floating gate (10) is disposed on the control gate via the insulating film (7). In addition, the control gate extends from the control gate to the gate insulating film (8a), the outer periphery of the control gate is covered with the floating gate, and the floating gate window opened at the inner peripheral position of the control gate. A contact hole is formed in the portion. According to such a configuration, the area sandwiched between the control gate and the floating gate can be increased as compared with the case where the floating gate is arranged at the inner peripheral position of the control gate.
このような構成の不揮発性半導体記憶装置は、不揮発性メモリの形成のためにのみ必要とされていた工程を、他の素子の形成工程と兼用することが可能となるため、不揮発性半導体記憶装置の製造工程を削減することができる。具体的には、不揮発性メモリをキャパシタとMOSトランジスタと共に半導体基板上に形成する場合には、請求項4に示す構成で不揮発性半導体記憶装置が形成される。
Since the nonvolatile semiconductor memory device having such a configuration can use a process that is necessary only for the formation of the nonvolatile memory as a process for forming other elements, the nonvolatile semiconductor memory device The manufacturing process can be reduced. Specifically, when the nonvolatile memory is formed on the semiconductor substrate together with the capacitor and the MOS transistor, the nonvolatile semiconductor memory device is formed with the configuration described in
請求項2に記載の発明においては、フローティングゲートは、40nm以上の膜厚を有する熱酸化膜で覆われていることを特徴としている。このように、40nm以上の膜厚の熱酸化膜でフローティングゲートを覆うことによりフローティングゲートに保持されている電荷抜けを防止でき、電荷保持率の低下を防止することができる。
The invention according to
請求項3に記載の発明においては、フローティングゲートは、熱酸化膜とノンドープの酸化膜を含む積層膜で被膜されていることを特徴としており、請求項2と同様の効果が得られる。
The invention according to
なお、上記した括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものである。 In addition, the code | symbol in the above-mentioned parenthesis shows the correspondence with the specific means of embodiment description later mentioned.
以下、本発明を図に示す実施形態について説明する。 DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments shown in the drawings will be described below.
図1(a)に、本発明の一実施形態にかかわるEPROMのレイアウトを示し、図1(b)に、図1(a)のX−X矢視断面図を示す。但し、図1(a)においては電極や配線等のみをレイアウトで示してあり、電極を斜線で示している。 FIG. 1A shows a layout of an EPROM according to an embodiment of the present invention, and FIG. 1B shows a cross-sectional view taken along the line XX in FIG. However, in FIG. 1A, only the electrodes, wirings, and the like are shown in the layout, and the electrodes are indicated by diagonal lines.
以下、図1に基づいて、EPROMの構造について説明する。 Hereinafter, the structure of the EPROM will be described with reference to FIG.
図1(a)、(b)に示すように、半導体基板としてのSi基板1の上には、フィールド酸化膜2が形成されている。このフィールド酸化膜2は部分的に開口した構成となっており、この開口した部分において、Si基板1の上には、EPROMの第1ゲート膜8aが形成されている。
As shown in FIGS. 1A and 1B, a
フィールド酸化膜2の上には、1層目のポリシリコン膜4で構成したコントロールゲート5が形成されている。そして、コントロールゲート5の上には、第2ゲート膜を介して2層目のポリシリコン膜9で構成したフローティングゲート10が形成されている。このフローティングゲート10は、コントロールゲート5の上から第1ゲート膜8aの上まで延設された構成となっている。
On the
具体的には、図1(a)に示すように、略4角形形状で構成されたコントロールゲート5の上に、コントロールゲート5よりも小さい面積となるフローティングゲート10が配設されたキャパシタを構成する領域Aと、フローティングゲート10の一部がコントロールゲート5の外部に引き延ばされて、第1ゲート膜8aの上まで至ったNMOSトランジスタを構成する領域Bから構成されている。
Specifically, as shown in FIG. 1A, a capacitor is formed in which a floating
そして、第1ゲート膜8aの上に位置するフローティングゲート10の両側には、ソース、ドレイン15が配置されている。これらソース、ドレイン15は、図1(b)には図示されていないが、図1(b)の紙面手前側及び紙面向こう側にそれぞれ配設された構成となっている。
Sources and drains 15 are disposed on both sides of the floating
また、図1(b)に示すように、コントロールゲート5の上には、ゲート絶縁膜7が形成されており、さらにゲート絶縁膜7上には層間絶縁膜16が形成されている。そして、この層間絶縁膜16にはコントロールゲート5に連通されるコンタクトホール16aが形成されており、このコンタクトホール16aを介して電気配線17がコントロールゲート5に電気的に接続された構成となっている。
Further, as shown in FIG. 1B, a
このように、本実施形態におけるEPROMでは、1層目のポリシリコン膜4でコントロールゲート5を構成すると共に、2層目のポリシリコン膜9でフローティングゲート10を構成し、コントロールゲート5の上にフローティングゲート10が配置される構成としている。
As described above, in the EPROM according to the present embodiment, the
このEPROMの書き込み、読み出し動作は、一般のホットチャネルエレクトロン注入を用いた2層ゲート方式と同様の動作で行うことができる。 The writing and reading operations of this EPROM can be performed in the same manner as the two-layer gate method using general hot channel electron injection.
このEPROMの実際の使用形態を図2に示す。図2は、装置製造後に行われる抵抗値補正用のトリミング回路を示しており、スイッチングメモリPROMTr1〜TrnとしてEPROMを使用している。 An actual usage pattern of this EPROM is shown in FIG. FIG. 2 shows a trimming circuit for resistance value correction performed after manufacturing the device, and EPROMs are used as the switching memories PROMTr1 to Trn.
トリミング回路にて抵抗値の補正が行われる回路のinput側には、複数(本図ではn個)の抵抗Rが直列接続されており、それぞれの抵抗Rの接続部位にEPROMの一端が接続されている。そして、補正が行われる回路のoutput側にEPROMの他端側が接続された構成となっている。 A plurality (n in this figure) of resistors R are connected in series on the input side of the circuit whose resistance value is corrected by the trimming circuit, and one end of the EPROM is connected to each resistor R connection site. ing. The other end side of the EPROM is connected to the output side of the circuit to be corrected.
このようなトリミング回路では、回路の抵抗値補正を行うための所望の抵抗値が設定されると、その抵抗値に相当する位置のPROMTrをオン、それ以外の位置のPROMTrをオフさせることで、抵抗値がR〜nR[Ω]まで可変とされ、回路の抵抗値補正を行うようになっている。例えば、抵抗値(n−1)×R[Ω]必要であれば、n−1番目のPROMTrをデータ”1”として、それ以外をデータ”0”とすれば、トリミング回路の抵抗値を(n−1)×R[Ω]に設定できる。 In such a trimming circuit, when a desired resistance value for correcting the resistance value of the circuit is set, by turning on PROMTr at a position corresponding to the resistance value and turning off PROMTr at other positions, The resistance value is variable from R to nR [Ω], and the resistance value of the circuit is corrected. For example, if the resistance value (n−1) × R [Ω] is necessary, if the n−1th PROMTr is set to data “1” and the other is set to data “0”, the resistance value of the trimming circuit is ( n-1) × R [Ω].
このように、半導体装置製造完了後にアナログ特性値を微妙に調整することで、製造工程中などで発生するばらつき要因を確認した上で、最適なアナログ値への補正が可能となる。 In this way, by finely adjusting the analog characteristic value after the completion of the semiconductor device manufacturing, it is possible to correct to the optimal analog value after confirming the variation factor that occurs during the manufacturing process.
このように構成されるEPROMの製造プロセスを図3及び図4に示し、これらの図に基づいてEPROMの製造工程を説明する。但し、ここではEPROMと共にシリコン基板の上に形成されるキャパシタ及び1層ゲートのMOSトランジスタの製造工程と共に説明を行い、以下の図中にEPROMが形成されるEPROM領域、キャパシタが形成されるキャパシタ領域、及びMOSトランジスタが形成されるMOSトランジスタ領域を示す。 The manufacturing process of the EPROM configured as described above is shown in FIGS. 3 and 4, and the manufacturing process of the EPROM will be described based on these drawings. However, here, description will be made together with the manufacturing process of the capacitor formed on the silicon substrate together with the EPROM and the one-layer gate MOS transistor. In the following drawings, the EPROM region in which the EPROM is formed, and the capacitor region in which the capacitor is formed And a MOS transistor region in which a MOS transistor is formed.
〔図3(a)に示す工程〕
まず、Si基板1にPウェル1a及びNウェル1bを形成する。そして、LOCOS酸化法によりフィールド酸化膜2を形成して、各領域に形成される素子の分離を行う。
[Step shown in FIG. 3 (a)]
First, the
〔図3(b)に示す工程〕
次に、シリコン基板の上にダミー酸化膜3を形成したのち、ウエハ全面に第1層目のポリシリコン膜4を成長させる。
[Step shown in FIG. 3B]
Next, after forming the
〔図3(c)に示す工程〕
ダミー酸化膜3を除去したのち、ポリシリコン膜4の上に、所定領域が開口したフォトレジスト(図示せず)を配置する。そして、フォトレジストをマスクとしてポリシリコン膜4をパターニングする。これにより、EPROM領域にコントロールゲート5を形成すると共に、キャパシタ領域に下部電極6aを残す。
[Step shown in FIG. 3 (c)]
After the
その後、コントロールゲート5及び下部電極6aを酸化することで、これらの表面にゲート絶縁膜7を形成する。
Thereafter, the
熱酸化により、EPROM領域においてSi基板1の上に第1ゲート膜8aを形成すると共に、MOSトランジスタ領域においてSi基板1の上にゲート酸化膜8bを形成する。
A
なお、図3(c)の工程に示したゲート絶縁膜7を形成するための熱酸化工程と、ゲート酸化膜及び第1ゲート膜8aを形成するための熱酸化工程とを兼用することができる。このように兼用することにより、製造工程の簡略化を図ることができる。
Note that the thermal oxidation step for forming the
〔図4(a)に示す工程〕
その後、ゲート酸化膜8b及び第1ゲート膜8aを含むウエハ全面に2層目のポリシリコン膜9を形成する。
[Step shown in FIG. 4 (a)]
Thereafter, a
〔図4(b)に示す工程〕
次に、フォトエッチングによってポリシリコン膜9をパターニングし、EPROM領域にフローティングゲート10、キャパシタ領域に上部電極11、MOSトランジスタ領域にゲート12を形成すると共に、キャパシタ領域とEPROM領域との間にポリシリコン抵抗13を形成する。
[Step shown in FIG. 4B]
Next, the
このとき、図示されていないが、本図の紙面垂直方向において、フローティングゲート10とゲート12とが同じ幅になるようにしている。このようにすることで、フローティングゲート10のうち、コントロールゲート5と重なる部分の面積及び膜厚によって、カップリング比の制御を行うことができる。
At this time, although not shown, the floating
その後、熱酸化を施し、フローティングゲート10、上部電極11、ゲート12、及びポリシリコン抵抗13の表面に保護酸化膜14を形成する。この酸化膜14の膜厚としては、EPROMの電荷保持およびn−MOSトランジスタのホットキャリア寿命の観点から最適化する必要がある。そのため、フローティングゲート10の保護酸化膜14の膜厚と電荷抜け不良率の関係を調べたところ、図5に示す結果が得られた。この図に示されるように、電荷抜け不良率をほぼ零にするためには、保護酸化膜14の膜厚が約40nm以上であることが好ましい。
Thereafter, thermal oxidation is performed to form a
なお、後に層間絶縁膜16として形成するBPSGやPSGといったドープド膜との熱酸化膜間のノンドープの酸化膜を堆積、介在させても良い。
Note that a non-doped oxide film between a thermal oxide film and a doped film such as BPSG or PSG to be formed later as the
〔図4(c)に示す工程〕
続いて、CVD法によってウエハ全面に層間絶縁膜16を形成した後、層間絶縁膜16を平坦化する処理を施す。そして、フォトエッチングにより、層間絶縁膜16にコンタクトホール16a、16b、16cを形成したのち、電気配線17をパターニングする。これにより、コンタクトホール16a、16b、16cを通じて各電気配線17a、17b、17cがフローティングゲート10や上部電極11等と電気的に接続される。なお、複数の配線層を形成する多層配線構造にする場合には、さらに層間絶縁膜形成、配線層パターニング工程等を施す。
[Step shown in FIG. 4 (c)]
Subsequently, after an
その後、ウエハ全面を保護膜18で覆うことにより、EPROMを含んだ不揮発性半導体記憶装置が完成する。
Thereafter, the entire surface of the wafer is covered with a
このように、本実施形態では、1層目のポリシリコン膜4でコントロールゲート5を構成し、2層目のポリシリコン膜9でフローティングゲート10を構成しているため、以下の効果が奏する。
Thus, in the present embodiment, the
まず、コントロールゲート5を1層目のポリシリコン膜4で形成しているため、コントロールゲート5のパターニングをキャパシタの下部電極のパターニングと兼用できる。
First, since the
また、1層目のポリシリコン膜4を形成した後に、フローティングゲート10を分離するためのフォトエッチングを施す必要もなくなる。
Further, it is not necessary to perform photoetching for separating the floating
さらに、図4(a)に示すように、第1ゲート電極形成工程をMOSトランジスタ領域におけるゲート酸化膜形成工程と兼用することができると共に、MOSトランジスタのVt調整用の不純物注入工程と、EPROMのVt調整用の不純物注入工程とを兼用することができる。 Further, as shown in FIG. 4A, the first gate electrode forming step can be used as the gate oxide film forming step in the MOS transistor region, the impurity implantation step for adjusting the Vt of the MOS transistor, and the EPROM The impurity implantation process for adjusting Vt can also be used.
また、MOSトランジスタのゲートとソース、ドレインとのオーバーラップ長に対して、EPROMにおけるコントロールゲート5とソース、ドレイン15(図1参照)とのオーバーラップ長を大きくする必要がなくなるため、EPROMのソース、ドレイン形成工程をMOSトランジスタのソース、ドレイン形成工程と兼用することができる。
Further, it is not necessary to increase the overlap length between the
このように、EPROM形成のためにのみ必要とされた複数の工程を、他の素子形成のための工程と兼用することができるため、製造工程の削減を図ることができる。 As described above, a plurality of processes required only for forming the EPROM can be used in common with processes for forming other elements, so that the number of manufacturing processes can be reduced.
参考として、本実施形態におけるEPROM特性の一例を示す。 As a reference, an example of the EPROM characteristic in this embodiment is shown.
図6はコントロールゲート電圧12V、ドレイン電圧8Vにおける書き込み特性の一例であり、書きこみ時間[Sec]とVtシフト量[V](書き込み後Vt−初期Vt)の関係を示している。なお、本実施形態におけるEPROMのデータの一例の他に、比較対象として、能動トランジスタのサイズを揃えた従来使用されている2層ゲート方式と単層ゲート方式のデータを図中に示す。 FIG. 6 shows an example of write characteristics at a control gate voltage of 12 V and a drain voltage of 8 V, and shows the relationship between the write time [Sec] and the Vt shift amount [V] (Vt after write−initial Vt). In addition to an example of EPROM data in this embodiment, as a comparison target, data of a conventional two-layer gate system and a single-layer gate system in which the sizes of active transistors are made uniform are shown in the drawing.
この図に示されるように、本実施形態におけるEPROMは、既存のEPROMに匹敵する性能を有しており、単層ゲート方式のものと比べて、大幅に書き込みに優れていることが判る。 As shown in this figure, it can be seen that the EPROM in this embodiment has a performance comparable to that of an existing EPROM, and is significantly superior in writing as compared with a single-layer gate type.
図7に、不揮発生メモリとして重要な特性である電荷保持寿命を示す。なお、本図のデータは、10%charge lossでの推定値である。 FIG. 7 shows the charge retention life, which is an important characteristic for a nonvolatile raw memory. The data in this figure is an estimated value at 10% charge loss.
この図に示されるように、本実施形態に示すEPROMは、既存の2層ゲート構造のEPROMに対して、若干、寿命の差があると認められるが、一般の不揮発性メモリとして要求されているスペック(85℃、10年)を十分満たしている。 As shown in this figure, it is recognized that the EPROM shown in the present embodiment has a slightly different life from the existing EPROM having a two-layer gate structure, but is required as a general nonvolatile memory. The specifications (85 ° C, 10 years) are fully met.
このように、本実施形態におけるEPROMは、書き込み及び電荷保持寿命ともに、従来用いられている2層ゲート方式のEPROMに匹敵する特性を達成できている。 As described above, the EPROM according to the present embodiment can achieve characteristics comparable to those of the conventional two-layer gate type EPROM in both writing and charge retention life.
なお、本実施形態とほぼ同様の構造を有するメモリとしてトンネル電流を利用した電気的書き込みの行えるメモリが特表昭62−500625号公報で提案されているが、トンネル電流を用いるため、電極間の誘電膜として薄膜化が必須であり、電荷保持特性の悪化が考えられる。このため、本実施形態におけるEPROMは電荷保持特性の面においてトンネル電流を利用するメモリよりも優れているといえる。 A memory capable of electrical writing using a tunnel current is proposed in Japanese Patent Publication No. 62-500625 as a memory having a structure substantially similar to that of the present embodiment. It is essential to reduce the thickness of the dielectric film, and the charge retention characteristics can be degraded. For this reason, it can be said that the EPROM in this embodiment is superior to a memory using a tunnel current in terms of charge retention characteristics.
(第2実施形態)
本実施形態では、第1実施形態に対してコントロールゲート5及びフローティングゲート10のレイアウトを変更したものであり、他の構造及び製造プロセスについては第1実施形態と同様であるため、コントロールゲート5及びフローティングゲート10のレイアウトについてのみ説明する。
(Second Embodiment)
In this embodiment, the layout of the
図8(a)に、本実施形態におけるコントロールゲート5及びフローティングゲート10のレイアウトを示し、図8(b)に、図8(a)のY−Y矢視断面図を示す。
FIG. 8A shows a layout of the
図8(a)に示されるように、領域Aにおいて、フローティングゲート10の面積がコントロールゲート5の面積よりも大きくなっており、コントロールゲート5の周囲がフローティングゲート10で覆われた状態となっている。そして、図8(b)に示すように、コントロールゲート5の内周部上において、フローティングゲート10は開口しており、この開口した領域を窓部としてコントロールゲート5が電気配線17aと電気的に接続されるようになっている。
As shown in FIG. 8A, in the region A, the area of the floating
このような構成によると、フローティングゲート10とコントロールゲート5とがオーバーラップする面積、つまりフローティングゲート10とコントロールゲート5の間の容量を第1実施形態と同等に保ちつつ、第1実施気形態の構成よりもセルとして必要な面積を少なくすることができる。
According to such a configuration, the area where the floating
また、このような構成においては、コントロールゲート5の端部上において2層目のポリシリコン膜9をエッチングする必要がなくなるため、コントロールゲート5の側面にポリシリコン膜9のエッチング残りが発生するという問題をなくすことができる。
Further, in such a configuration, it is not necessary to etch the second-
(第3実施形態)
本実施形態では、MOSトランジスタ等にサリサイド構造を採用する場合について説明する。
(Third embodiment)
In the present embodiment, a case where a salicide structure is employed for a MOS transistor or the like will be described.
サリサイド構造は、MOSトランジスタの電極や拡散層と電気配線との接触抵抗を低減するために用いられる。 The salicide structure is used to reduce the contact resistance between the electrode or diffusion layer of the MOS transistor and the electric wiring.
例えば、上記第1実施形態の製造プロセス中に、サリサイド構造を形成するためのプロセスを導入する場合、図4(b)に示す保護酸化膜14の形成を終了した後にサリサイドプロセスが行われる。具体的には、保護酸化膜14を形成した後に、保護酸化膜14のうち各電極10、11、12の上に配置された部分を除去し、さらにウエハ全面にTi膜等を堆積したのち、熱処理によってTi膜をシリサイド化させるというプロセスを行うと考えられる。
For example, when a process for forming a salicide structure is introduced during the manufacturing process of the first embodiment, the salicide process is performed after the formation of the
しかしながら、フローティングゲート10の上の保護酸化膜14まで除去してしまうため、フローティングゲート10の表面までシリサイド膜が形成されてしまう。このようにフローティングゲート10がサリサイド構造になると、電荷保持をしているフローティングゲート10から電荷が抜けてしまい、EPROMの電荷保持率を低下させてしまう。
However, since the
このため、本実施形態では、以下の製造プロセスによってサリサイド構造を採用するようにしている。このサリサイド構造の製造プロセスを図9に示し、この図に基づいて説明を行う。なお、第1実施形態と同様の工程については、図3及び図4を参照して説明は省略する。 For this reason, in this embodiment, the salicide structure is adopted by the following manufacturing process. The manufacturing process of this salicide structure is shown in FIG. 9, and will be described based on this drawing. In addition, about the process similar to 1st Embodiment, description is abbreviate | omitted with reference to FIG.3 and FIG.4.
まず、第1実施形態と同様に図4(b)に示す工程まで実施し、各電極10、11、12の表面に保護酸化膜14を形成する。そして、以下の工程を施す。
First, similarly to the first embodiment, the process shown in FIG. 4B is performed, and the
〔図9(a)に示す工程〕
フォトエッチングにより、保護酸化膜14のうち、キャパシタ領域における上部電極11及びMOSトランジスタ領域におけるゲート12の上に配置された部分を除去する。このとき、フローティングゲート10の上に位置する保護酸化膜14は除去しないようにする。
[Step shown in FIG. 9A]
The portion of the
これにより、上部電極11及びゲート12が露出した状態となる。
As a result, the
〔図9(b)に示す工程〕
次に、ウエハ全面にTi膜30を成膜する。これにより、上部電極11及びゲート12がTi膜30と接した状態になる。このとき、フローティングゲート10は保護酸化膜14で覆われているため、Ti膜30と接しない状態になる。
[Step shown in FIG. 9B]
Next, a
〔図9(c)に示す工程〕
熱処理を施すと、各電極に接している部分のTi膜30がシリサイド化反応し、上部電極11及びゲート12の表面にシリサイド膜31が形成される。このとき、フローティングゲート10はTi膜30と接していないため、フローティングゲート10の表面にはシリサイド膜31が形成されない。
[Step shown in FIG. 9C]
When heat treatment is performed, the
この後、Ti膜30のうちの未反応部分を除去し、サリサイド構造が完成する。
Thereafter, the unreacted portion of the
この後、第1実施形態と同様に、図4(c)に示す工程を施してEPROMを含む不揮発性半導体記憶装置が完成する。 Thereafter, similarly to the first embodiment, the process shown in FIG. 4C is performed to complete the nonvolatile semiconductor memory device including the EPROM.
このように、フローティングゲート10の表面にはシリサイド膜31が形成されないようにすることにより、EPROMの電荷保持率の低下を防止することができる。
In this way, by preventing the
1 Si基板
1a Pウェル
1b Nウェル
2 フィールド酸化膜
4 第1層目のポリシリコン膜
5 コントロールゲート
6 下部電極
7 ゲート保護膜
8a 第1ゲート膜
8b ゲート酸化膜
9 2層目のポリシリコン膜
10 フローティングゲート
11 上部電極
12 ゲート
13 ポリシリコン抵抗
14 保護酸化膜
16 層間絶縁膜
16a〜16c コンタクトホール
17a〜17c 電気配線
18 保護膜
30 Ti膜
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