JP6094934B2 - デプレッションモード浮遊ゲートチャネルを備えた分割ゲートメモリセル、及びその製造方法 - Google Patents

デプレッションモード浮遊ゲートチャネルを備えた分割ゲートメモリセル、及びその製造方法 Download PDF

Info

Publication number
JP6094934B2
JP6094934B2 JP2015528491A JP2015528491A JP6094934B2 JP 6094934 B2 JP6094934 B2 JP 6094934B2 JP 2015528491 A JP2015528491 A JP 2015528491A JP 2015528491 A JP2015528491 A JP 2015528491A JP 6094934 B2 JP6094934 B2 JP 6094934B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
floating gate
gate
region
conductivity type
insulated
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2015528491A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2015529975A (ja
Inventor
ユーリ トカチェフ
ユーリ トカチェフ
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Silicon Storage Technology Inc
Original Assignee
Silicon Storage Technology Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Silicon Storage Technology Inc filed Critical Silicon Storage Technology Inc
Publication of JP2015529975A publication Critical patent/JP2015529975A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6094934B2 publication Critical patent/JP6094934B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/68Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable by only the electric current supplied, or only the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/76Unipolar devices, e.g. field effect transistors
    • H01L29/772Field effect transistors
    • H01L29/78Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate
    • H01L29/788Field effect transistors with field effect produced by an insulated gate with floating gate
    • H01L29/7881Programmable transistors with only two possible levels of programmation
    • H01L29/7884Programmable transistors with only two possible levels of programmation charging by hot carrier injection
    • H01L29/7885Hot carrier injection from the channel
    • GPHYSICS
    • G11INFORMATION STORAGE
    • G11CSTATIC STORES
    • G11C16/00Erasable programmable read-only memories
    • G11C16/02Erasable programmable read-only memories electrically programmable
    • G11C16/04Erasable programmable read-only memories electrically programmable using variable threshold transistors, e.g. FAMOS
    • G11C16/0408Erasable programmable read-only memories electrically programmable using variable threshold transistors, e.g. FAMOS comprising cells containing floating gate transistors
    • G11C16/0425Erasable programmable read-only memories electrically programmable using variable threshold transistors, e.g. FAMOS comprising cells containing floating gate transistors comprising cells containing a merged floating gate and select transistor
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/40Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/401Multistep manufacturing processes
    • H01L29/4011Multistep manufacturing processes for data storage electrodes
    • H01L29/40114Multistep manufacturing processes for data storage electrodes the electrodes comprising a conductor-insulator-conductor-insulator-semiconductor structure
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/40Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/41Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions
    • H01L29/423Electrodes ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape, relative sizes or dispositions not carrying the current to be rectified, amplified or switched
    • H01L29/42312Gate electrodes for field effect devices
    • H01L29/42316Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors
    • H01L29/4232Gate electrodes for field effect devices for field-effect transistors with insulated gate
    • H01L29/42324Gate electrodes for transistors with a floating gate
    • H01L29/42328Gate electrodes for transistors with a floating gate with at least one additional gate other than the floating gate and the control gate, e.g. program gate, erase gate or select gate
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/66007Multistep manufacturing processes
    • H01L29/66075Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials
    • H01L29/66227Multistep manufacturing processes of devices having semiconductor bodies comprising group 14 or group 13/15 materials the devices being controllable only by the electric current supplied or the electric potential applied, to an electrode which does not carry the current to be rectified, amplified or switched, e.g. three-terminal devices
    • H01L29/66409Unipolar field-effect transistors
    • H01L29/66477Unipolar field-effect transistors with an insulated gate, i.e. MISFET
    • H01L29/66825Unipolar field-effect transistors with an insulated gate, i.e. MISFET with a floating gate

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Non-Volatile Memory (AREA)
  • Semiconductor Memories (AREA)

Description

本発明は、分割ゲート不揮発性フラッシュメモリセル及びその製造方法、並びに特に浮遊ゲートの下部の基板内に改善された導電型を有するメモリセルに関連する。
選択ゲート、浮遊ゲート、制御ゲート、及び消去ゲートを有する分割ゲート不揮発性フラッシュメモリセルは、当該技術分野において周知である。例えば米国特許第6,747,310号、同第7,868,375号、及び同第7,927,994号、並びに米国特許出願公開第第2011/0127599号を参照されたい(これらは全て本明細書に、全体にわたりあらゆる目的で参照によって組み込まれる)。そのような分割ゲートメモリセルは、基板内にソースとドレインとの間に延在するチャネル領域を含む。チャネル領域は、浮遊ゲートの下に第1の部分(以下FGチャネルと呼び、その導電性は浮遊ゲートによって制御される)、及び選択ゲートの下に第2の部分(以下「WLチャネル」(ワードライン)、その導電性は選択ゲートによって制御される)を有する。
読み出し、プログラム、及び消去の性能を向上し、動作電圧を低減するために、様々な絶縁体及び他の厚さが最適化される場合がある。しかしながら、セルの形状の最適化だけでは行えない、更なるセルの最適化に対する必要性がある。
優れたセルの最適化は、第1の導電型の半導体材料の基板と、基板内でそれらの間にチャネル領域を有する、第2の導電型の基板内の第1及び第2の離間した領域と、基板上にあって基板から絶縁された導電性浮遊ゲートであって、第1の領域及びチャネル領域の第1の部分の上に少なくとも部分的に配置される浮遊ゲートと、浮遊ゲートに横方向に隣接し浮遊ゲートから絶縁された導電性の第2のゲートであって、チャネル領域の第2の部分の上に少なくとも部分的に配置され、そこから絶縁された第2のゲートと、を有し、チャネル領域の第1の部分の少なくとも一部が第2の導電型の特徴を有する、メモリデバイスによって実現された。
メモリデバイスを形成する方法は、第1の導電型の半導体材料の基板を提供する工程と、基板内でそれらの間にチャネル領域を有する、第2の導電型の基板内の第1及び第2の離間した領域を形成する工程であって、チャネル領域が第1及び第2部分を有する工程と、第2の導電型を有するチャネル領域の第1の部分に領域を形成する工程と、基板上にあって基板から絶縁された導電性浮遊ゲートであって、第1の領域及びチャネル領域の第1の部分の上に少なくとも部分的に配置される浮遊ゲートを形成する工程と、浮遊ゲートに横方向に隣接し浮遊ゲートから絶縁された導電性の第2のゲートであって、チャネル領域の第2の部分の上に少なくとも部分的に配置され、そこから絶縁された第2のゲートを形成する工程と、を含む。
本発明の他の目的及び特徴は、明細書、特許請求の範囲、及び添付の図面を見直すことによって明らかになる。
基板と異なる導電型の領域を有するFGチャネルを備える4ゲートメモリセルの側断面図である。 本発明による不揮発性メモリセルを製造するプロセスにおける工程を図示する側断面図である。 本発明による不揮発性メモリセルを製造するプロセスにおける工程を図示する側断面図である。 本発明による不揮発性メモリセルを製造するプロセスにおける工程を図示する側断面図である。 本発明による不揮発性メモリセルを製造するプロセスにおける工程を図示する側断面図である。 本発明による不揮発性メモリセルを製造するプロセスにおける工程を図示する側断面図である。 本発明による不揮発性メモリセルを製造するプロセスにおける工程を図示する側断面図である。 本発明による不揮発性メモリセルを製造するプロセスにおける工程を図示する側断面図である。 本発明による不揮発性メモリセルを製造するプロセスにおける工程を図示する側断面図である。 本発明による不揮発性メモリセルを製造するプロセスにおける工程を図示する側断面図である。 本発明による不揮発性メモリセルを製造するプロセスにおける工程を図示する側断面図である。 本発明による不揮発性メモリセルを製造するプロセスにおける工程を図示する側断面図である。 本発明による不揮発性メモリセルを製造するプロセスにおける工程を図示する側断面図である。 本発明による不揮発性メモリセルを製造するプロセスにおける工程を図示する側断面図である。 基板と異なる導電型の領域を有するFGチャネルを備える3ゲートメモリセルの側断面図である。 基板と異なる導電型の領域を有するFGチャネルを備える2ゲートメモリセルの側断面図である。
本発明は、FGチャネルの導電型を、デプレッションモードのFGトランジスタを形成する基板の導電型と反対にすることによって、動作電圧の低下を含み、性能及び耐久性を改善する。
図1は、本発明の手法によって形成される不揮発性メモリセル10の断面図を図示する。図2のメモリセル10は、本発明の手法から利益を得ることができるタイプの例示であるが、ほんの一実施例であり、限定するものと見なされるべきではない。メモリセル10は、実質的に単結晶シリコンなどの単結晶基板12で製造され、P導電型の特徴を有する。基板12内は、第2の導電型の領域14である。第1の導電型がPである場合は、第2の導電型はNである。領域14から離間しているのは、第2の導電型の別の領域16である。領域14と16との間は、WLチャネル18a及びFGチャネル18bを含むチャネル領域18であり、領域14と領域16との間で電荷の伝導を提供する。FGチャネル18bは、基板の導電型と反対の導電型であるドープ領域19を有する。したがって、P導電型基板では、FGチャネル18b内の領域19はN導電型である。非限定的な実施例として、基板12はP導電型であり、領域14及び16はN+導電型であり、FGチャネル18b内の領域19はN-導電型である。
基板12の上方に位置付けられ、基板12から離間して絶縁されているのは、ワードライン20としても知られる選択ゲート20である。選択ゲート20は、チャネル領域18の第1の部分(即ち、WLチャネル部分18a)の上に位置付けられる。チャネル領域18のWLチャネル部分18aは、領域14に直ぐに当接する。したがって、選択ゲート20は、領域14とほとんど重ならないか、又は全く重ならない。浮遊ゲート22もまた、基板12の上方に位置付けられ、基板12から離間して絶縁される。浮遊ゲート22は、チャネル領域18の第2の部分(即ち、FGチャネル部分18b)及び領域16の一部の上に位置付けられる。チャネル領域18のFGチャネル部分18bは、チャネル領域18のWLチャネル部分18aとは異なる。したがって、浮遊ゲート22は、選択ゲート20から横方向に離間して絶縁され、選択ゲート20に隣接する。消去ゲート24は、領域16の上に位置付けられ、領域16から離間して、基板12から絶縁される。消去ゲート24は、浮遊ゲート22から横方向に絶縁され離間する。選択ゲート20は、浮遊ゲート22の片側に寄り、消去ゲート24は、浮遊ゲート22の別の側に寄る。最後に、浮遊ゲート22の上方に位置付けられ、そこから絶縁され離間しているのは、制御ゲート26である。制御ゲート26は、消去ゲート24と選択ゲート20との間に位置付けられ、これらから絶縁される。
チャネル領域18を画定する基板12の導電型と反対の導電型であるFGチャネル18b内での領域19の形成は、動作電圧の低下、より広い動作ウィンドウ、及びより高いプログラム消去耐久性を含むいくつかの有利な点を提供する。
分割ゲートメモリセルのサイクリング耐久性は、消去にポリ−ポリ間ファウラーノルドハイム電子トンネリング、プログラミングにソース側ホット電子注入を利用しており、電荷転送誘電体層における電子トラッピングのプロセスによって制限される。セル動作ウィンドウは、消去された状態及びプログラムされた状態におけるセル閾値電圧の差として(Vte及びVtpが対応して)説明することができ、セル閾値電圧は、制御ゲート26について測定される。浮遊ゲート22と消去ゲート24との間のトンネル酸化物30における、並びに浮遊ゲート22の下の浮遊ゲート酸化物32におけるサイクリングによる電荷トラッピングは、動作ウィンドウの縮小につながる。動作ウィンドウの縮小が「消去側」から発生する、即ち、サイクリング中にVteが増加する一方で、Vtpは著しい変化を示さないことが示されている。セルの消去性能は、消去中にセルに適用され、一定のレベルのFG電位を実現するために必要であるEG電圧の条件、又は、「1」状態と見なされるセル読み出し電流の条件に特徴づけられ得る。この電圧は、後でVeraseと呼ばれる。サイクリング中に、Veraseは増加し、最終的にメモリアレイ(Ve)の消去に使用されるEG電圧を超えることがある。この状態は、「消去失敗」を表す。メモリセル耐久性の能力は、VeとVeraseとの差に依存する。メモリセル及びメモリアレイ耐久性を改良する1つの方法は、セルのVeraseを低減することである。
本発明は、Veraseと浮遊ゲート閾値電圧FG Vtとの間の関係に基づくVeraseの低減方法を利用する。浮遊ゲート電圧FG VtのVeraseに対する影響は、次のように表され、
式中、CREGは、EG−FG容量結合係数である。Veraseは、FG Vtが低くなるに従って低減する。代表値のCREG=0.2において、1ボルトの浮遊ゲート電圧FG Vtの減少は、〜1.25VのVeraseの変化につながる。
teは、1/CRCG係数を伴う浮遊ゲート電圧FG Vtに従い、式中、CRCGは、CG−FG容量結合係数である。
したがって、Vteは、FG Vtが低減するに従って、より負になる。
記載のセルにおけるプログラミング効率は、プログラミング中にFGチャネルが導電性を有するとき、即ち次の条件が当てはまるとき、非常に高く、次の条件がそれ以上当てはまらないとき実質的に停止する。
式中、QはFGにおける電荷であり、CはFG静電容量であり、CRiiは、全てのセルのノードにおける容量結合係数とプログラミング中の電圧の積であり、VSLは、プログラミング中のソース(16)の電圧である。
プログラミング中のゲート電圧が一定であると仮定すると、FG Vtの変化は、プログラミング後のFG電荷の変化に直接変換される。
プログラミング後のセルの制御ゲート電圧CG VtであるVtpの定義は、次のとおりである。
式中、VWL及びCRWLは、それぞれ、セルVtp測定中のWL電圧及びWL−FG容量結合係数である。等式(4)〜(5)からは次が得られる。
これは、Vtpは、FG Vtに依存しないことを意味する。FG Vtがより低い場合、Vtpが一定のままであるようにセルはわずかにより深くプログラムされる。
上の解析は、FG Vtの低下が消去側からセル動作ウィンドウを広げ(Veraseが低減し、Vteがより負になり)、セルプログラミング性能に影響を与えない(Vtpが同じままである)ことを示す。
図2A〜2Mは、4ゲート不揮発性メモリセル10を製造するプロセスにおける工程の断面図を図示する。図2Aを始めとして、基板12上のフォトレジスト材料(図示せず)の最初の堆積による、またその後のフォトレジスト材料を通って基板12の露出した選択部分を形成するマスキング工程による、P型単結晶シリコンの基板12内のN-領域19の形成が示されている。マスクとしてフォトレジストを使用すると、基板12の露出した部分は、N-領域19になる高電圧イオン注入(N-型)の対象となる。フォトレジストを除去した後、二酸化シリコン40の層が基板12上に形成される。90nnm(又は120nm)のプロセスでは、二酸化シリコンの層40は、約80〜100オングストロームであり得る。その後、ポリシリコン(又はアモルファスシリコン)の第1の層42が、二酸化シリコンの層40の上に堆積又は形成される。ポリシリコンの第1の層42は、約300〜800オングストロームであり得る。ポリシリコンの第1の層42は、その後選択ゲート20に垂直の方向にパターン化される。
図2Bを参照すると、二酸化シリコン(又は更には、ONOなどの複合層)などの別の絶縁層44は、ポリシリコンの第1の層42上に堆積されるか、又は形成される。材料が二酸化シリコンであるかONOであるかに応じて、層44は、約100〜200オングストロームであり得る。ポリシリコンの第2の層46は、次に層44上に堆積されるか、又は形成される。ポリシリコンの第2の層46は、約500〜4000オングストロームの厚さであり得る。絶縁体の別の層48は、ポリシリコンの第2の層46上に堆積されるか、又は形成され、その後のドライエッチング中のハードマスクとして使用される。好ましい実施形態では、層48は、窒化ケイ素48a、二酸化シリコン48b、及び窒化ケイ素48cを含む複合層であり、その寸法は、層48aについては200〜600オングストローム、層48bについては200〜600オングストローム、及び層48cについては500〜3000オングストロームであり得る。
図2Cを参照すると、フォトレジスト材料(図示せず)は、図2Bに示される構造の上に堆積され、またマスキング工程が形成されて、フォトレジスト材料の選択された部分を露出する。フォトレジストは発達し、そのフォトレジストをマスクとして使用して、構造がエッチングされる。複合層48、ポリシリコンの第2の層46、絶縁層44は、次にポリシリコンの第1の層42が露出されるまで異方性エッチングされる。これに伴う構造を図2Cに示す。2つの「積層体」S1及びS2だけが示されるが、互いに分離した多くのそのような「積層体」が存在することは明らかである。上述された(図2Cの構造をもたらし、層46からの制御ゲートの形成に影響する)フォトリソグラフィープロセスで使用されるマスクは、領域19を形成するために使用されるフォトリソグラフィープロセス用と同じマスクにすることができる。
図2Dを参照すると、二酸化シリコン49は、その構造上に堆積されるか、又は形成される。この後に窒化ケイ素層50の堆積が続く。二酸化シリコン49及び窒化ケイ素50は、異方性エッチングされ、積層体S1及びS2のそれぞれの周囲に(二酸化シリコン49及び窒化ケイ素50の混合である)スペーサ51を残す。これに伴う構造を図2Dに示す。
図2Eを参照すると、フォトレジストマスクは、積層体S1とS2との間、及び他の代替の対の積層体の間の領域上に形成される。この議論のために、積層体S1とS2との間のこの領域を「内側領域」と呼び、フォトレジストによって覆われない領域を「外側領域」と呼ぶ。外側領域内の露出した第1のポリシリコン42は、異方性エッチングされる。酸化物層40は、同様に異方性エッチングされる。これに伴う構造を図2Eに示す。
図2Fを参照すると、フォトレジスト材料は、図2Eに示される構造から除去される。酸化物の層52が、次に堆積されるか、又は形成される。酸化物層52は次に、積層体S1及びS2に隣接したスペーサ52を残す異方性エッチングの対象となる。これに伴う構造を図2Fに示す。
図2Gを参照すると、フォトレジスト材料は、次に堆積され、またマスクされて積層体S1とS2との間の内側領域内の開口部を残す。再度、図2Eに示される図面と同様に、フォトレジストは他の代替の対の積層体間にある。積層体S1とS2との(及び他の代替の対の積層体)間の内側領域内のポリシリコン42は、異方性エッチングされる。ポリシリコン42の下の二酸化シリコン層40もまた、異方性エッチングされてもよい。これに伴う構造は、領域16を形成する高電圧イオン注入の対象となる。これに伴う構造を図2Gに示す。
図2Hを参照すると、内側領域内の積層体S1及びS2に隣接する酸化物スペーサ52は、例えばウェットエッチング又はドライ等方性エッチングによって除去される。図2Iを参照すると、積層体S1及びS2の外側領域内のフォトレジスト材料は除去される。二酸化シリコン54は、至る所に堆積されるか、又は形成される。これに伴う構造を図2Iに示す。
図2Jを参照すると、この構造は、再度フォトレジスト材料によって覆われ、またマスキング工程が実施されて積層体S1及びS2の外側領域を露出し、かつ積層体S1とS2との間の内側領域を覆うフォトレジスト材料を残す。酸化物異方性エッチングは、積層体S1及びS2の外側領域内のスペーサ54の厚さを低減するため、また二酸化シリコンを外側領域内の露出したシリコン基板12から完全に除去するために実施される。これに伴う構造を図2Jに示す。
図2Kを参照すると、二酸化シリコンの薄層56が構造上に形成される。この酸化物層56は、選択ゲートと基板12との間のゲート酸化物である。図2Lを参照すると、ポリシリコンは至る所に堆積され、これは次に、コモン領域16を共有しながら互いに隣接する2つのメモリセル10の選択ゲート20を形成する積層体S1及びS2の外側領域内のスペーサを形成する異方性エッチングの対象となる。加えて、積層体S1及びS2の内側領域内のスペーサは結合されて、2つの隣接するメモリセル10によって共有される単一の消去ゲート24を形成する。
図2Mを参照すると、絶縁体の層62が構造上に堆積され、選択ゲート20の隣にスペーサ62を形成するように異方性エッチングされる。絶縁体62は、二酸化シリコン及び窒化ケイ素を含む複合層であり得る。その後、イオン注入工程が実施され、領域14を形成する。別の面でこれらのメモリセルのそれぞれがコモン領域14を共有する。絶縁体層及び金属化層は、その後堆積され、ビット線70及びビット線コンタクト72を形成するようにパターン化される。プログラム、読み出し、及び消去の操作並びに特に適用される電圧は、米国特許第6,747,310号に記載のものと同じであってよく、その開示は全体にわたり本明細書に参照として組み込まれる。結果として得られるメモリセル10は、図2Mに図示される。
FGチャネルにおける領域19の形成を、他の分割ゲートメモリセル構成に実装することができる。例えば、米国特許第7,315,056号は、3ゲート(浮遊ゲート、制御ゲート、及びプログラム/消去ゲート)による分割ゲートメモリセルを開示し、あらゆる目的で全体にわたり本明細書に参照として組み込まれる。図3は、FGチャネル内に領域19を含むように改善された3ゲートメモリセルを図示する。具体的には、このメモリセル構成は、浮遊ゲート80、浮遊ゲート80に横方向に隣接して浮遊80の上に延在する制御ゲート82、及び浮遊ゲート80の別の側にあって浮遊ゲート80の上に延在するプログラム/消去ゲート84を含む。このセル設計を使用すると、制御ゲートと浮遊ゲートとの間のより強い結合の結果、浮遊ゲート電圧FG VtのVeraseへの影響は、FGチャネル領域に領域19を追加することによって更に強くなる。浮遊ゲート電圧FG Vtのプログラム動作への影響も同様である。プログラミングは一定の表面電位の値で事実上停止し、したがってセルはより低い浮遊ゲート電圧FG Vtでより深くプログラミングする。
領域19を追加することによって、より小さいセル寸法へのより良好な拡大縮小のためにソース16と浮遊ゲートとの重なりを低減することも可能である。
米国特許第5,029,130号は、2ゲート(浮遊ゲート及び制御ゲート)による分割ゲートメモリセルを開示し、あらゆる目的で全体にわたり本明細書に参照として組み込まれる。図4は、FGチャネル内に領域19を含むように改善された2ゲートメモリセルを図示する。具体的には、このメモリセル構成は、浮遊ゲート90、及び浮遊ゲート90に横方向に隣接して浮遊ゲート90の上に延在する制御ゲート92を含む。領域19の追加は、動作電圧を低減し、セル動作ウィンドウを拡大する。
本発明は、本明細書で上述及び例示される実施形態(複数可)に限定されるものではないが、添付の特許請求の範囲内にあるありとあらゆる変更例を包含することは理解されるべきである。例えば、本明細書における本発明に対する言及は、いかなる特許請求の範囲又は特許請求の範囲の用語も限定することを意図するものではなく、代わりに特許請求の範囲の1つ以上によって包含され得る1つ以上の特徴に言及するにすぎない。上述される材料、プロセス、及び数値例は単に例示であり、特許請求の範囲を限定すると見なされるべきではない。例えば、基板12内に領域19を形成するために選択的N型注入を実施する代わりに、基板12全体をN型注入の対象とし、次に、浮遊ゲートの下のN型注入が保護される態様で浮遊ゲートが形成された後に選択的P型注入が続き、N型領域19を有するP型基板となるようにすることができる。加えて、その基板は、領域19がp型となっているn型であり得る。更に、特許請求及び明細書を見てわかるように、全ての方法の工程が例示又は請求した正確な順序で実施される必要はなく、むしろ任意の順序で本発明のメモリセルの適切な形成が可能である。最後に、単一層の材料をそのような又は同様の材料の複数層として形成することができ、逆もまた同様である。
本明細書で使用される場合、「の上に(over)」及び「の上に(on)」という用語は両方とも、「の上に直接(directly on)」(中間物質、要素、又は空間がそれらの間に何ら配置されない)、及び「の上に間接的に(indirectly on)」(中間物質、要素、又は空間がそれらの間に配置される)を包括的に含むことに留意するべきである。同様に、「隣接した」という用語は「直接隣接した」(中間物質、要素、又は空間がそれらの間に何ら配置されない)、及び「間接的に隣接した」(中間物質、要素、又は空間がそれらの間に配置される)を含み、「取付けられた」は、「直接取り付けられた」(中間物質、要素、又は空間がそれらの間に何ら配置されない)、及び「間接的に取付けられた」(中間物質、要素、又は空間がそれらの間に配置される)を含み、「電気的に結合された」は、「直接電気的に結合された」(中間物質、又は要素がそれらの間で要素を電気的に連結しない)、及び「間接的に電気的に結合された」(中間物質、又は要素がそれらの間で要素を電気的に連結する)を含む。例えば、要素を「基板の上に」形成することは、その要素を基板の上に直接、中間材料/要素をそれらの間に何ら伴わずに、形成すること、並びにその要素を基板の上に間接的に、1つ以上の中間材料/要素をそれらの間に伴って、形成することを含み得る。

Claims (16)

  1. メモリデバイスであって、
    第1の導電型の半導体材料の基板と、
    該基板内で間にチャネル領域を有する、第2の導電型の前記基板内の第1及び第2の離間した領域と、
    前記基板上にあって前記基板から絶縁された導電性浮遊ゲートであって、前記第1の領域及び前記チャネル領域の第1の部分の上に部分的または全体的に配置される浮遊ゲートと、
    該浮遊ゲートに横方向に隣接し、該浮遊ゲートから絶縁された導電性の第2のゲートであって、前記チャネル領域の第2の部分の上に部分的または全体的に配置され、そこから絶縁された第2のゲートと、を含み、
    前記チャネル領域の第1の部分の一部または全てが前記第2の導電型の注入された材料のみを含み、かつ前記チャネル領域の第2の部分が、前記第1及び第2の導電型の注入された材料とは分離されている、メモリデバイス。
  2. 前記第2のゲートが、前記浮遊ゲートに横方向に隣接し前記浮遊ゲートから絶縁された第1の部分と、前記浮遊ゲートの上に延在し、前記浮遊ゲートから絶縁された第2の部分と、を有する、請求項1に記載のメモリデバイス。
  3. 前記浮遊ゲートの片側に横方向に寄っており、前記浮遊ゲートから絶縁された導電性のプログラム/消去ゲートであって、該プログラム/消去ゲートが前記第1の領域の上に部分的または全体的に配置され、前記第1の領域から絶縁されて、
    前記第2のゲートが前記浮遊ゲートの前記片側の反対側に横方向に寄っており、前記浮遊ゲートから絶縁された、導電性のプログラム/消去ゲートを更に含む、請求項1に記載のメモリデバイス。
  4. 前記浮遊ゲートの上にあって前記浮遊ゲートから絶縁された導電性の制御ゲートと、
    前記浮遊ゲートの片側に横方向に寄っており、前記浮遊ゲートから絶縁された導電性の消去ゲートであって、該消去ゲートが前記第1の領域の上に部分的または全体的に配置され、前記第1の領域から絶縁されて、
    前記第2のゲートが前記浮遊ゲートの前記片側の反対側に横方向に寄っており、前記浮遊ゲートから絶縁された、導電性の消去ゲートと、を更に含む、請求項1に記載のメモリデバイス。
  5. 前記第1の導電型がP導電型であり、前記第2の導電型がN導電型である、請求項1に記載のメモリデバイス。
  6. 前記第1及び第2の領域がN+導電型であり、前記チャネル領域の第1の部分がN-導電型である、請求項5に記載のメモリデバイス。
  7. メモリデバイスを形成する方法であって、
    第1の導電型の半導体材料の基板を提供する工程と、
    該基板内で間にチャネル領域を有する、第2の導電型の前記基板内の第1及び第2の離間した領域を形成する工程であって、前記チャネル領域が第1及び第2の部分を有する工程と、
    前記第2の導電型の注入された材料のみを有する前記チャネル領域の第1の部分に領域を形成する工程と、
    前記基板上にあって前記基板から絶縁された導電性浮遊ゲートであって、前記第1の領域の上に及び前記チャネル領域の前記第1の部分の上に部分的または全体的に配置される浮遊ゲートを形成する工程と、
    該浮遊ゲートに横方向に隣接し、該浮遊ゲートから絶縁された導電性の第2のゲートであって、前記チャネル領域の前記第2の部分の上に部分的または全体的に配置され、そこから絶縁された第2のゲートを形成する工程と、を含み、前記チャネル領域の第2の部分が、前記第1および第2の導電型の注入材料とは分離されている、方法。
  8. 前記第2のゲートが、前記浮遊ゲートに横方向に隣接し前記浮遊ゲートから絶縁された第1の部分と、前記浮遊ゲートの上に延在し前記浮遊ゲートから絶縁された第2の部分と、を有する、請求項7に記載の方法。
  9. 前記浮遊ゲートの片側に横方向に寄っており、前記浮遊ゲートから絶縁された導電性のプログラム/消去ゲートであって、該プログラム/消去ゲートが前記第1の領域の上に部分的または全体的に配置され、前記第1の領域から絶縁されて、
    前記第2のゲートが前記浮遊ゲートの前記片側の反対側に横方向に向かい、前記浮遊ゲートから絶縁された、導電性のプログラム/消去ゲートを形成する工程を更に含む、請求項8に記載の方法。
  10. 前記浮遊ゲートの上にあって前記浮遊ゲートから絶縁された導電性の制御ゲートを形成する工程と、
    前記浮遊ゲートの片側に横方向に寄っており、前記浮遊ゲートから絶縁された導電性の消去ゲートであって、該消去ゲートが前記第1の領域の上に部分的または全体的に配置され、前記第1の領域から絶縁されて、
    前記第2のゲートが前記浮遊ゲートの前記片側の反対側に横方向に寄っており、前記浮遊ゲートから絶縁された、導電性の消去ゲートを形成する工程と、を更に含む、請求項8に記載の方法。
  11. 前記導電性の制御ゲートを形成する工程、及び前記チャネル領域の第1の部分に前記領域を形成する工程が、同一のフォトリソグラフィーマスクを使用して実施される、請求項8に記載の方法。
  12. 前記第2の導電型の注入された材料を有する前記チャネル領域の第1の部分に領域を形成する工程が、
    前記チャネル領域の第1の部分の前記領域に前記第2の導電型のドーパントを注入する工程を含む、請求項7に記載の方法。
  13. 前記第1の導電型がP導電型であり、前記第2の導電型がN導電型である、請求項7に記載の方法。
  14. 前記第2の導電型の注入された材料を有する前記チャネル領域の第1の部分に前記領域を形成する工程が、
    前記チャネル領域の第1の部分の前記領域にN導電型のドーパントを注入する工程を含む、請求項13に記載の方法。
  15. 前記第1及び第2の領域がN+導電型であり、前記チャネル領域の第1の部分がN-導電型である、請求項13に記載の方法。
  16. 前記第2の導電型の注入された材料を有する前記チャネル領域の第1の部分に前記領域を形成する工程が、
    前記チャネル領域の第1の部分の前記領域にN-導電型のドーパントを注入する工程を含む、請求項15に記載の方法。
JP2015528491A 2012-08-23 2013-07-29 デプレッションモード浮遊ゲートチャネルを備えた分割ゲートメモリセル、及びその製造方法 Active JP6094934B2 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US13/593,460 2012-08-23
US13/593,460 US9466732B2 (en) 2012-08-23 2012-08-23 Split-gate memory cell with depletion-mode floating gate channel, and method of making same
PCT/US2013/052456 WO2014031285A1 (en) 2012-08-23 2013-07-29 Split-gate memory cell with depletion-mode floating gate channel, and method of making same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2015529975A JP2015529975A (ja) 2015-10-08
JP6094934B2 true JP6094934B2 (ja) 2017-03-15

Family

ID=50147234

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015528491A Active JP6094934B2 (ja) 2012-08-23 2013-07-29 デプレッションモード浮遊ゲートチャネルを備えた分割ゲートメモリセル、及びその製造方法

Country Status (7)

Country Link
US (1) US9466732B2 (ja)
EP (1) EP2888760B1 (ja)
JP (1) JP6094934B2 (ja)
KR (1) KR101823212B1 (ja)
CN (1) CN104541368B (ja)
TW (1) TWI533458B (ja)
WO (1) WO2014031285A1 (ja)

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9691883B2 (en) * 2014-06-19 2017-06-27 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Asymmetric formation approach for a floating gate of a split gate flash memory structure
CN105990367B (zh) * 2015-02-27 2019-03-12 硅存储技术公司 具有rom单元的非易失性存储器单元阵列
US9634019B1 (en) * 2015-10-01 2017-04-25 Silicon Storage Technology, Inc. Non-volatile split gate memory cells with integrated high K metal gate, and method of making same
KR102182583B1 (ko) 2016-05-17 2020-11-24 실리콘 스토리지 테크놀로지 인크 비휘발성 메모리 어레이를 사용하는 딥러닝 신경망 분류기
US10748630B2 (en) * 2017-11-29 2020-08-18 Silicon Storage Technology, Inc. High precision and highly efficient tuning mechanisms and algorithms for analog neuromorphic memory in artificial neural networks
US10803943B2 (en) 2017-11-29 2020-10-13 Silicon Storage Technology, Inc. Neural network classifier using array of four-gate non-volatile memory cells
US11087207B2 (en) 2018-03-14 2021-08-10 Silicon Storage Technology, Inc. Decoders for analog neural memory in deep learning artificial neural network
CN110739312B (zh) * 2018-07-19 2021-05-14 合肥晶合集成电路股份有限公司 分栅式非易失性存储器及其制备方法
CN111048512B (zh) 2018-10-15 2022-08-05 联华电子股份有限公司 存储器结构
US11270763B2 (en) 2019-01-18 2022-03-08 Silicon Storage Technology, Inc. Neural network classifier using array of three-gate non-volatile memory cells
US11409352B2 (en) 2019-01-18 2022-08-09 Silicon Storage Technology, Inc. Power management for an analog neural memory in a deep learning artificial neural network
US11023559B2 (en) 2019-01-25 2021-06-01 Microsemi Soc Corp. Apparatus and method for combining analog neural net with FPGA routing in a monolithic integrated circuit
US11270771B2 (en) 2019-01-29 2022-03-08 Silicon Storage Technology, Inc. Neural network classifier using array of stacked gate non-volatile memory cells
US11423979B2 (en) 2019-04-29 2022-08-23 Silicon Storage Technology, Inc. Decoding system and physical layout for analog neural memory in deep learning artificial neural network
CN114899189A (zh) * 2022-05-10 2022-08-12 北京知存科技有限公司 半导体器件及其制造方法

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4145233A (en) * 1978-05-26 1979-03-20 Ncr Corporation Method for making narrow channel FET by masking and ion-implantation
JP2597719B2 (ja) * 1989-07-31 1997-04-09 株式会社東芝 不揮発性半導体記憶装置およびその動作方法
US5029130A (en) 1990-01-22 1991-07-02 Silicon Storage Technology, Inc. Single transistor non-valatile electrically alterable semiconductor memory device
JPH0424969A (ja) * 1990-05-15 1992-01-28 Toshiba Corp 半導体記憶装置
US5317179A (en) * 1991-09-23 1994-05-31 Integrated Silicon Solution, Inc. Non-volatile semiconductor memory cell
JPH0992734A (ja) * 1995-09-25 1997-04-04 Rohm Co Ltd スプリットゲート型半導体装置の製造方法
US6091104A (en) * 1999-03-24 2000-07-18 Chen; Chiou-Feng Flash memory cell with self-aligned gates and fabrication process
JP3891874B2 (ja) * 2002-04-08 2007-03-14 松下電器産業株式会社 不揮発性メモリ素子
US6747310B2 (en) 2002-10-07 2004-06-08 Actrans System Inc. Flash memory cells with separated self-aligned select and erase gates, and process of fabrication
US6902974B2 (en) 2003-05-16 2005-06-07 Promos Technologies Inc. Fabrication of conductive gates for nonvolatile memories from layers with protruding portions
US7315056B2 (en) * 2004-06-07 2008-01-01 Silicon Storage Technology, Inc. Semiconductor memory array of floating gate memory cells with program/erase and select gates
JP2006253685A (ja) * 2005-03-07 2006-09-21 Samsung Electronics Co Ltd スプリットゲート不揮発性メモリ装置及びそれの形成方法
US7671401B2 (en) 2005-10-28 2010-03-02 Mosys, Inc. Non-volatile memory in CMOS logic process
JP4845110B2 (ja) 2006-08-17 2011-12-28 ルネサスエレクトロニクス株式会社 スプリットゲート型不揮発性メモリとその製造方法
US20090039410A1 (en) 2007-08-06 2009-02-12 Xian Liu Split Gate Non-Volatile Flash Memory Cell Having A Floating Gate, Control Gate, Select Gate And An Erase Gate With An Overhang Over The Floating Gate, Array And Method Of Manufacturing

Also Published As

Publication number Publication date
EP2888760B1 (en) 2020-03-04
KR101823212B1 (ko) 2018-01-29
TW201419551A (zh) 2014-05-16
CN104541368A (zh) 2015-04-22
CN104541368B (zh) 2017-09-08
US20140054667A1 (en) 2014-02-27
KR20150046214A (ko) 2015-04-29
EP2888760A1 (en) 2015-07-01
US9466732B2 (en) 2016-10-11
TWI533458B (zh) 2016-05-11
JP2015529975A (ja) 2015-10-08
EP2888760A4 (en) 2016-04-13
WO2014031285A1 (en) 2014-02-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6094934B2 (ja) デプレッションモード浮遊ゲートチャネルを備えた分割ゲートメモリセル、及びその製造方法
JP5361292B2 (ja) 浮遊ゲート、制御ゲート、選択ゲート、及び浮遊ゲートの上にオーバーハングをもつ消去ゲートを有する、改善されたスプリット・ゲート型不揮発性フラッシュメモリ・セル、アレイ、及び製造方法
US7005349B2 (en) Method of manufacturing twin-ONO-type SONOS memory using reverse self-alignment process
US7315057B2 (en) Split gate non-volatile memory devices and methods of forming same
US9793279B2 (en) Split gate non-volatile memory cell having a floating gate, word line, erase gate, and method of manufacturing
US7407857B2 (en) Method of making a scalable flash EEPROM memory cell with notched floating gate and graded source region
US20070257305A1 (en) Nonvolatile semiconductor memory device and manufacturing method thereof
JP6150444B2 (ja) ゲートの下のドーパントの拡散を低減することによるメモリセルの形成方法
JP2015536047A (ja) 基板ストレッサ領域を有する分割ゲートメモリセル及びその製造方法
EP3449486A1 (en) Split-gate, twin-bit non-volatile memory cell
US20170154893A1 (en) Semiconductor device and manufacturing method thereof
US7745872B2 (en) Asymmetric operation method of non-volatile memory structure
KR20230029954A (ko) 워드 라인 게이트 위에 소거 게이트가 배치된 분리형 게이트 비휘발성 메모리 셀, 및 이의 제조 방법
US9882033B2 (en) Method of manufacturing a non-volatile memory cell and array having a trapping charge layer in a trench

Legal Events

Date Code Title Description
A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20160219

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20160224

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20160524

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20160616

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20160914

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20161214

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20170118

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20170203

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6094934

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250