JPH01273349A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造方法

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JPH01273349A
JPH01273349A JP63101813A JP10181388A JPH01273349A JP H01273349 A JPH01273349 A JP H01273349A JP 63101813 A JP63101813 A JP 63101813A JP 10181388 A JP10181388 A JP 10181388A JP H01273349 A JPH01273349 A JP H01273349A
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JP
Japan
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insulating film
layer
film
gate insulating
forming
Prior art date
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Application number
JP63101813A
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English (en)
Inventor
Susumu Hasunuma
蓮沼 晋
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野コ 本発明はMO3型半導体装置の製造方法に関し、特に浮
遊ゲート型不揮発性半導体記憶装置の製造方法に関する
[従来の技術] 従来、この種の浮遊ゲート型不揮発性半導体記憶装置に
ついては各種の構造が考案・実用化されてきた。最近で
は電気的に書き込み・消去が可能な不揮発性メモリ(以
下EEPROMと称す)の開発が進められ、実用化され
ている。このEEPROMには様々な構造が考えられて
いるか一般的でかつ信頼性の高いものは薄い絶縁膜中の
Fouler−Nordheim型トンネル電流を利用
し、浮遊ゲート中に電荷を蓄積する型である。(例えば
フローマン等に対するFrohman−Bentchk
owski  et  al、)米国特許(USP、N
o、4203158参照)。この型のメモリトランジス
タでは、浮遊ゲートに電子を注入、あるいは浮遊ゲート
から電子を抽出することにより、その間値電圧を変化さ
せるのが一般的である。このためメモリトランジスタは
見かけ上エンハンスメント型にもデイプレッション型に
もなり得る。従ってこの型のメモリトランジスタで実際
のメモリセルマトリクスを構成する場合は第」0図のよ
うに他のセレクト用トランジスタと対にして、マトリク
スの配列単位を構成するのが一般的である。第9図はこ
の配列単位によるメモリセルマトリクスである。セレク
ト用トランジスタQ1とメモリトランジスタM1とが直
列に接続され、2個のトランジスタで1個のメモリセル
を構成している。ここでセレクト用トランジスタQ1は
、選択的なプログラミングを可能にし、また非選択のメ
モリトランジスタがデイプレッション型になった場合の
デイジット線の寄生電流を防止するためのものである。
なお、ここで101は半導体基板、102はメモリセル
ソースの拡散層、103はメモリセルトレイン拡散層、
104はトンネル絶縁膜領域化のトンネル電極用拡散層
、105はトンネル絶縁膜、106はメモリトランジス
タのチャンネル上の第1ゲート絶縁膜、109はメモリ
トランジスタの制御ゲート電極である。
[発明が解決しようとする問題点] このように従来知られていたEEPROMは2つのトラ
ンジスタで1つのメモリセルを構成する必要があるため
、必然的にセル面積が大きくなり装置の小型化、大容量
化が困難であるという欠点があった。
またトンネル絶縁膜領域は書き込み電極用拡散層上に形
成されるがトンネル絶縁膜領域を拡散層に対して自己整
合的に形成できないため、拡散層に対する位置合わせず
れを考慮しなけばならず、浮遊ゲートと拡散層との対向
面積が大きくなり容量が増大してしまうという欠点があ
る。即ち、浮遊ゲート型不揮発性半導体記憶装置におい
ては、浮遊ゲート電極と制御ゲート電極との間の容量と
、浮遊ゲート電極と拡散層との間の容量との比で性能か
決定されるが、従来技術では浮遊ゲートと拡散層との間
の容量が増大するため性能が劣化するという欠点がある
[問題点を解決するための手段] 第1導電型の半導体基板上の所定領域に第2導電型の半
導体層を形成する工程と、前記半導体基板表面の前記第
2導電型半導体層の一部を含む領域に膜厚の厚いフィー
ルド絶縁膜を形成する工程と、該フィールド絶縁膜以外
の基体上に熱酸化法によって第1のゲート絶縁膜を形成
する工程と、該第1のゲート絶縁膜のうち前記第2導電
型半導体層上に形成された部分を連続する前記第2導電
型半導体層上の複数箇所においてエツチング除去する工
程と、該エツチングにより露出された基体表面上に前記
第1のゲート絶縁膜より膜厚の薄い第2のゲート絶縁膜
を形成する工程と、前記第1のゲート絶縁膜のうち前記
第2導電型半導体層上以外の領域に形成された部分の少
なくとも一部と、前記第2のゲート絶縁膜の少なくとも
一部とを覆うが如く第1のポリシリコン層を形成する工
程と、該第1のポリシリコン層の少なくとも一部を覆う
が如く第3のゲート絶縁膜を介して第1の導電体層を形
成する工程とを有する。
[発明の従来技術に対する相違点コ 上述した従来EEPROMが1つのメモリセル内にセレ
クトトランジスタとメモリトランジスタ及びデイジット
線電極孔、ソース拡散層を有するのに対し、本発明では
1つのセレクトトランジスタに複数のメモリトランジス
タを接続することにより、セレクトトランジスタデイジ
ット線電極孔、ソース拡散層の数を減少させることが可
能になり、これによって実行的にセル面積を縮小化する
ことができるという相違点を有する。
またトンネル絶縁膜領域をフィールド絶縁膜に囲まれた
領域内に自己整合的に形成できるという相違点も有する
[実施例コ 次に本発明について図面を参照して説明する。
第1図は本発明の実施例のパターン平面図、第2図は本
発明の実施例のメモリセルマトリクスを示している。第
7図(a)〜(C)は第1図の構造断面図であり、第3
図ないし第6図は第7図に到るまでの途中工程における
構造断面図、第8図(a)〜(e)は本発明のメモリ装
置駆動方法を示す図である。第2図においてYk、Yk
+1は読み出し・プログラム用デジットラインである。
Zi、Zi+1はセレクト・トランジスタのアドレスラ
インで、セレクト・トランジスタのゲート電極に接続さ
れる。Xi+  J−Xi+1.J+7はメモリトラン
ジスタのアドレスラインでメモリトランジスタの制御ゲ
ート電極に接続される。第1図のパターン平面図は第2
図に対応しており、21a〜21dは読み出しプログラ
ム用デジットラインYk、Yk+1への接続のための電
極孔、23a、bはセレクトトランジスタのアドレスラ
インZi、Zi+1に相当しセレクトトランジスタのゲ
ート電極配線である。この配線と読み出し用デジットラ
イン21a〜21dにつながる基板主表面との重畳部分
がセレクトトランジスタQsのチャンネルになる。24
a〜24hはメモリトランジスタのアドレスラインX 
it  j−X i+ 1 。
j+7に相当し、メモリトランジスタの制御ゲート電極
配線である。25a〜25pは浮遊ゲート電極で、それ
ぞれQ MLk−s−QHJ*l、に+、のメモリトラ
ンジスタに対応している。26a〜26pはトンネル絶
縁膜領域であり、周囲をフィールド絶縁膜に囲まれてい
る。このトンネル絶縁膜を上下にはさむ一方の電極が浮
遊ゲー)25a〜25pであり、他方が埋め込み電極と
して形成された書き込み電極27a〜27.dである。
28はメモリセルソース拡散層で第2図の■Sラインに
相当している。
第7図(a)は第1図のA−A’面での、第7図(b)
はB−B’面での、第7図(C)はC−C゛断面のそれ
ぞれ構造断面図であり、第3図〜第6図は第7図に到る
までの途中工程断面を示す。以下に順をおって本発明の
製造方法を示す。
まず、第3図に示すように例えばP型シリコン基板31
0表面に熱酸化法により例えば300Aの酸化膜11を
形成し、次に例えばヒ素を150KeVで1.0X10
”cm2程度注入し基板表面の一部に書き込み電極27
を形成する。次にCVD法により窒化膜12をウェハ全
面に形成した後パターンを行い、エツチング除去された
領域を選択的に酸化してフィールド絶縁膜46を形成す
る(第4図(a)〜(C))。このとき書き込み電極2
7の一部はフィールド絶縁膜46の下に埋め込まれるよ
うにし、また第4図(b)に示すように、同一の書き込
み電極上に複数箇所、フィールド絶縁膜を形成しない領
域を設けておく。
次に窒化膜12と酸化膜11をエツチング除去し、例え
ば500人の第1のゲート酸化膜42を形成し、続いて
この第1のゲート酸化膜42のうち書き込み電極27の
上に形成された部分の少なくとも一部をエツチングし露
出された基板表面に例えば100人程成長第2のゲート
酸化膜41(トンネル絶縁膜)を形成する(第5図(a
)〜(C)参照)。
次に第1のゲート酸化膜42及び第2のゲート酸化膜4
2のそれぞれの少なくとも一部を覆うように第1のポリ
シリコン層25を形成、バターニングし続いてこのポリ
シリコン上に第3のゲート絶縁膜44を形成し、さらに
この上に第1の導電体層(例えばポリシリコン層)24
を形成し、フォトレジスト13を用いてパターニングを
行う(第6図(a)〜(C))。
次いてこのフォトレジスト13を用いて第3のゲート絶
縁膜44及び第1のポリシリコンN25を自己整合的に
エツチングし、この上にη11えばPSG膜47を形成
し、コンタクト孔21を開孔し、金属配線48を施すこ
とにより第7図(a)〜(C)に到る。
第8図(a)〜(e)はこのメモリ装置の駆動方法を示
す。(但し第8図は簡単のためにセレクトトランジスタ
に直列接続しであるメモリトランジスタの数を2個にし
である。なお以下では便宜上浮遊ゲートに電子を蓄積す
ることを消去、浮遊ゲートから電子を放出させることを
書き込みとして説明する)。
第8図(a)はQMIの1ビツトを選択して書き込む場
合を示す。このときZt、X l+  J + ITY
kニこ適当な高電圧!j Hllが印加され、Xl+J
+Zi+1には例えば接地電位であるような低電圧IT
 L pが印加されYk+ 1には”HITと11 L
 11の間の適当な中間電位+! Ml+が印加される
。このときのQMI〜QM4の各トンネル絶縁膜に印加
される電位差は第8図(C)のようになる。 (各電極
間には各種の容量が存在するが、ここでは書き込み電極
−浮遊ゲート間を01、浮遊ゲート−制御ゲート間を0
2、その他の容量とCI、C2を合わせた全容量をCT
として概略の説明を行うことにする)。
このように選択セルQMIと非選択セルQM2〜QM4
とはトンネル絶縁膜に印加される電位差が異なるため、
第8図(d)のように選択セルのみの閾値が変動しくつ
まり書き込みが行われ)、非選択セルの閾値が変動しな
い(つまり誤った書き込み、消去が行われない)ような
CI、C2の容量の組合せ及び′”M″、′H″の電圧
の組合せを決定することにより、選択セルのみの書き込
みが行われるようにすることが可能である。
第8図(b)はQMIの1ビツトのみを選択して消去す
る場合を示す。このとき第8図(a)の場合と同様に表
1の様な電位関係が生じ、QMIの浮遊ゲート−書き込
み電極間の電界強度が最も強くなり消去される。
(以下、余白) 表1 複数のビットを消去する場合は第8図(b)においてY
k+1を゛′LパにすることによりQMIとQM2が同
時に消去できる。
第8図(e)は読み出し時の駆動方法を示す。
QMIを選択する場合はXi、jに読み出し時アドレス
ライン低レベルVXRLを、他のメモリトランジスタの
アドレスラインに読み出し時アドレスライン高レベルV
XRHを印加する。このVXRHは消去状態のメモリト
ランジスタの閾値電圧VTMEより高い値に設定され、
またVXRLは消去状態および書き込み状態の閾値電圧
VTMε、VTM’の差を判定できる値に設定される。
この結果QM3は消去状態であっても書き込み状態であ
ってもオン状態となる。QMIの閾値電圧VTMがVX
RLよりも低ければ(つまり書き込まれていれば)QM
Iはオン状態となり読み出し用デジット線Y kからQ
 M 1 、  Q M 3を通じてVsに電流が流れ
る。逆にQMIの閾値電圧VTMがVXRHよりも高け
れば(つまり消去されていれば)、QMIはオフ状態に
なり読み出し用デジット線には電流が流れない。このデ
ジット線の電流の有無を検知することにより、情報の”
l”、”OIT判定を行うことができる。
前述の実施例では第6図で第1の導電体層24のエツチ
ングを行い、続いて第3のゲート絶縁膜44と第1のポ
リシリコン層25を自己整合的にエツチングしたが、本
発明においてはこの自己整合性は必ずしも必要でなく、
例えば第1のポリシリコン層のエツチングをメモリセル
毎に行っておき、それを覆うように第1の導電体層24
をパターニングすることもできる。
[発明の効果コ 以上説明したように本発明は、一つのセレクトトランジ
スタに複数個のメモリトランジスタが直列接続されソー
ス拡散層に到ることにより、従来のような一つのメモリ
セルがセレクトトランジスタとメモリトランジスタ及び
デジット線電極孔、ソース拡散層から構成された構造に
比較して実行的にセル面積を小さくすることができると
いう効果がある。この実行的な縮小効果は製造面の技術
的縮小化を必要としないため容易に実現できる。
当然ながら1つのセレクトトランジスタに接続されるメ
モリトランジスタの数が多いほどこの縮小効果は大きく
なる。また本発明ではトンネル絶縁膜領域をフィールド
絶縁膜に囲まれた領域内に自己整合的に形成できるため
浮遊ゲートと書き込み電極(拡散層)との間の容量を小
さく抑えることができ、浮遊ゲート電極と制御ゲート電
極との間の容量と、浮遊ゲート電極と拡散層との間の容
量との比率を大きくすることができるため書き込み消去
特性を改善する効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例によるメモリセルマトリクス
のパターン平面図、第2図は一実施例に係るメモリセル
マトリクスを示す回路図、第3(a)〜(c)〜第6図
(a)〜(c)は一実施例の製造方法の途中工程におけ
る断面図、第7図(a)〜(c)は一実施例の構造断面
図、第8図(a)(b)は一実施例に係るメモリ装置の
駆動方法をそれぞれ示す回路図、第8図(C)はメモリ
セルの等価回路図、第8図(d)は同値の変化を示すグ
ラフ、第8図(e)は読み出し時の動作を示す一実施例
の回路図、第9図は従来のメモリセルマトリクスを示す
回路図、第10図は従来のメモリセルマトリクスの配列
単位を示す断面図である。 21・・・・読み出しプログラム用デジットラインへの
接続のための電極孔、 23・・・・セレクトトランジスタのアドレスライン・ 24・・・メモリトランジスタのアドレスライン、25
・・・浮遊ゲート電極、 26・・・トンネル絶縁膜領域、 27・・・書き込み電極、 28・・・メモリセルソース拡散層。 第8図(a):1ビ・ト1込杵吟 YK            Yx−tテジツドライン
第8図(b)1ビ・介撰云肖 YKYK+1 第8図 (C) 第8図(d’) 第8図 (e) テ゛ジ・ットライン り 区 区 ○

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 第1導電型の半導体基板上の所定領域に第2導電型の半
    導体層を形成する工程と、前記半導体基板表面の前記第
    2導電型半導体層の一部を含む領域に膜厚の厚いフィー
    ルド絶縁膜を形成する工程と、 該フィールド絶縁膜以外の基体上に熱酸化法によって第
    1のゲート絶縁膜を形成する工程と、該第1のゲート絶
    縁膜のうち前記第2導電型半導体層上に形成された部分
    を連続する前記第2導電型半導体層上の複数箇所におい
    てエッチング除去する工程と、 該エッチングにより露出された基体表面上に前記第1の
    ゲート絶縁膜より膜厚の薄い第2のゲート絶縁膜を形成
    する工程と、 前記第1のゲート絶縁膜のうち前記第2導電型半導体層
    上以外の領域に形成された部分の少なくとも一部と、前
    記第2のゲート絶縁膜の少なくとも一部とを覆うが如く
    第1のポリシリコン層を形成する工程と、 該第1のポリシリコン層の少なくとも一部を覆うが如く
    第3のゲート絶縁膜を介して第1の導電体層を形成する
    工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法
JP63101813A 1988-04-25 1988-04-25 半導体装置の製造方法 Pending JPH01273349A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010129979A (ja) * 2008-12-01 2010-06-10 Rohm Co Ltd Eeprom

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