JP4461042B2 - 不揮発性メモリの製造方法 - Google Patents
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Description
即ち、ONO膜の上にゲートを形成する必要があるので、メモリセルの構造が複雑になると共に、厳密な位置合わせが必要となって製造が非常に困難となる。また、基板上に拡散領域Dが隣接して並んで形成されるので、書き込み対象外の記憶素子への影響が生ずるおそれがあるという課題があった。
まず、シリコン基板上に帯状の複数の素子分離領域を形成し、このシリコン基板上に酸化膜と窒化膜を順次形成し、これらの素子分離領域に直交するように窒化膜を帯状に除去し、残った窒化膜によって記憶素子の形成領域となる複数の溝を形成する。
このメモリセルは、左側のゲートONO膜6Lと右側のゲートONO膜6Rによって、独立して2ビットを記憶できるようになっている。左側のメモリは、記憶用のトランジスタTR1Lとスイッチ用のトランジスタTR2Lで構成され、右側のメモリは、記憶用のトランジスタTR1Rとスイッチ用のトランジスタTR2Rで構成されている。
まず、シリコン基板1の表面全体に、酸化膜と窒化膜を順次形成し、この窒化膜の上に素子分離領域2を形成するための第1のマスクを用い、周知の技術によってレジストパターンを形成する。レジストパターンをマスクにして窒化膜をエッチングした後、このレジストパターンを除去し、シリコン基板1を熱酸化させる。更に、窒化膜と酸化膜を除去すると、酸化シリコンによる素子分離領域2で分離された素子形成領域が現れる。
次に、溝Dの内側(底部と側壁部)にONO膜を形成する。ONO膜は、例えば短時間高温熱処理法によって酸化シリコン膜を形成し、その上にCVD法によって窒化シリコン膜を形成し、この窒化シリコン膜の表面を熱酸化して形成することができる。更に、ONO膜が形成された溝Dの内部に、制御ゲート電極の材料となるn型のポリシリコンを充填する。尚、ONO膜とポリシリコンは、溝Dの内側だけでなく、窒化膜21の表面にも形成される。
溝Dの中央部に形成された空間を通して、シリコン基板1の表面に燐または砒素等の不純物イオンを注入してソース拡散層4を形成する。更に、溝Dの空間にn型のポリシリコン22を埋め込み、このポリシリコン22とサイドウォールの制御ゲート電極7L,7Rの表面を平坦化する。ここで溝Dに埋め込まれたポリシリコン22が、素子分離領域2に直交する方向に並んだ複数のメモリセルの制御ゲート電極7L,7Rを共通接続するソースラインSLとなる。
窒化膜21を除去した後のシリコン基板1の表面を酸化し、再び酸化膜3を形成した後、ゲート電極10L,10Rを形成するため、図5(c)に示すように、シリコン基板1の表面全体にn型のポリシリコン22を堆積させる。
酸化膜3と絶縁膜9の上に堆積されたポリシリコン22をエッチングによって除去する。これにより、ゲート電極間絶縁膜8L,8Rの側面には、ポリシリコン22がサイドウォールとして残り、これがゲート電極10L,10Rとなる。このサイドウォールは、ソースラインSLと同様に、素子分離領域2に直交する方向に並んだ複数のメモリセルのゲート電極10L,10Rを共通接続するワードラインWLL,WLRとなる。
ドレイン拡散層5が形成されシリコン基板1の表面全体を、中間絶縁膜11で覆い、この中間絶縁膜11の表面を平坦化した後、この中間絶縁膜11にドレイン拡散層5に達するコンタクトホールを形成する。そして、コンタクトホールの内部をタングステン等のコンタクト12で充填すると共に、図の横方向に隣接する各メモリセルのドレイン拡散層5を電気的に接続するためのビットラインBLを設ける。これにより、図1に示すメモリセルが完成する。以降の工程は周知の技術であるので、説明は省略する。
図6(a)〜(c)は、図1の不揮発性メモリの動作説明図であり、同図(a)は書き込み時、同図(b)は消去時、及び同図(c)は読み出し時の動作を、それぞれ示している。
図6(a)中に破線枠で示したメモリセルに書き込み(イオン注入)を行う場合、この書き込みの対象となるメモリセルが接続されるワードラインWLに低電圧(例えば、2V)を印加し、ソースラインSLには高電圧(例えば、6V)を印加する。また、書き込み対象のビットラインBLには、例えば5μA程度の定電流源を接続する。この時のビットラインBLの電圧は、0.2〜0.3V程度である。なお、書き込みの対象のメモリセルとは無関係のワードラインWLとソースラインSLは0Vとし、ビットラインBLは2Vとする。
消去動作は、すべてのメモリセルに対して一斉に行われる。
ワードラインWLはすべて0Vに設定され、ソースラインSLにはすべて高電圧(例えば10V)が印加される。また、ビットラインBLは、すべてフローティング状態に設定される。
図6(c)中に破線枠で示したメモリセルの読み出しを行う場合、読み出しの対象となるメモリセルが接続されるワードラインWLに低電圧(例えば、2V)を印加し、ソースラインSLにも低電圧(例えば、1.5V)を印加する。また、読み出し対象のビットラインBLは、0Vに設定する。なお、その他のワードラインWLとソースラインSLは0Vとし、ビットラインBLは2Vとする。
(i) 共通のワードラインWLによって選択されるメモリセルのソース拡散層4と制御ゲート電極7L,7Rを、共通のソースラインSLで接続している。これにより、従来のMONOSセルと同様に低電流、高速書き込みが可能になると共に、ソース拡散層4と制御ゲート電極7L,7Rを絶縁膜で隔離している従来のMONOSセルに比べて構造を大幅に簡素化することができる。
(ii) 隣接するメモリセルのドレイン拡散層5は、ビットラインBLによって共通接続されているので、書き込みのために印加した高電圧によって書き込み対象外の記憶素子への影響が生ずるおそれが無い。
(iii) メモリセルの形成においては、素子分離領域形成用と、ゲート領域形成用の2つのマスクだけを用い、それ以外はすべてセルフアラインで形成するので、製造コストを低減することができる。
(iv) ほとんどの工程をセルフアラインで行うことができるので、合わせずれによる特性のばらつきがなく、更に、合わせ余裕をとる必要がないので、サイズを縮小することができる。
2 素子分離領域
3 酸化膜
4 ソース拡散層
5 ドレイン拡散層
6L,6R ゲートONO膜
7L,7R 制御ゲート電極
8L,8R ゲート電極間絶縁膜
9 絶縁膜
10L,10R ゲート電極
11 中間絶縁膜
12 コンタクト
21 窒化膜
22 ポリシリコン
BL ビットライン
SL ソースライン
WLL,WLR ワードライン
H 開口部
Claims (1)
- シリコン基板上に帯状の複数の素子分離領域を形成した後、該シリコン基板上に酸化膜と窒化膜を順次形成する工程と、
前記素子分離領域に直交するように前記窒化膜を帯状に除去し、残った窒化膜によって記憶素子の形成領域となる複数の溝を形成する工程と、
前記複数の溝の内側に酸化膜、窒化膜及び酸化膜からなるデータ記憶用のONO膜を形成し、その溝の内部を制御ゲートとなる第1のポリシリコンで埋める工程と、
前記第1のポリシリコンをエッチングして前記溝の壁面に該ポリシリコンと前記ONO膜からなるサイドウォールを残し、該溝の中央部に前記シリコン基板に達する空間を形成する工程と、
前記溝の中央部に形成された空間から前記シリコン基板の表面に不純物を拡散してソース拡散層を形成する工程と、
前記溝の内部にソースラインとなる第2のポリシリコンを埋め込んで表面を平坦化した後、その表面を酸化して前記記憶素子を形成する工程と、
前記シリコン基板上に残されていた窒化膜を除去して前記記憶素子を露出させた後、該シリコン基板の表面全体に第3のポリシリコンを堆積させる工程と、
前記第3のポリシリコンをエッチングして前記複数の記憶素子の壁面にゲート電極及びワードラインとなるサイドウォールを残す工程と、
前記記憶素子及び前記サイドウォールが残されたシリコン基板の表面全体を中間絶縁膜で覆い、その中間絶縁膜の表面を平坦化する工程と、
前記複数の記憶素子の間の中間絶縁膜に前記シリコン基板まで達するコンタクトホールを形成し、該コンタクトホールを通して該シリコン基板の表面に不純物を拡散してドレイン拡散層を形成する工程と、
前記コンタクトホールの内部をコンタクトで充填し、前記各素子分離領域内のドレイン拡散層を電気的に接続するビットラインを形成する工程と、
を順次行うことを特徴とする不揮発性メモリの製造方法。
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