JPH02180079A - 半導体不揮発性記憶装置とその製造方法 - Google Patents
半導体不揮発性記憶装置とその製造方法Info
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Abstract
め要約のデータは記録されません。
Description
のセル構造およびその製造方法に関するものである。
ag−Ni tr idc−Qxidc−3cmi c
mnduc for)型記憶装置や、M N OS型記
憶素子の第2層ゲート絶縁膜であるシリコン窒化膜表面
を熱酸化してシリコン酸化膜を形成し、ゲート電極側か
らのキャリアの注入を防ぐに十分なバリア高さを持つ第
3層ゲート絶縁1摸を有するM ON OS (Met
al−Qxicle−Ni 1ride−Qxide−
8層mi conductOr)型記憶装置(例えば本
出願人等による、qI願昭6.0−152187号)が
知られている。これらの記憶装置をマトリックス状に配
列させてメモリーアレイとする時は、書換え時の高電圧
印加による誤動作を避けるためアドレス用のMOSFE
T(Metal−Oxide−8層miconduct
or Field Effcct’I”ransist
or)を別途追加したセル構造が必要となる。この様な
メモリーセルの断面構造図を第3図に示す。
T41と不揮発性記憶装#42の2トランジスタから(
1η成され、ソース領域43 トドレイン領域44に挾
まれて不純物層45を形成して(・る。従って書換時の
高電圧(以下V I) I)という)がドレイン領域4
4に印加されるとドレイン領域44近傍の不揮発性記憶
装置42のゲート絶縁膜層46に損傷を与え、書換え回
数の制限や絶縁破壊を生じるという欠点があった。これ
らの問題点を解決したメモリーセル構造として本出願人
等の特開昭62−14 /1.73号がある。このメモ
リーセル構造の一例を第4図[a)および第4図(bl
に示す。
を有しないアドレスゲート絶縁膜層54を形成し、アド
レスゲート電極51を形成した後、記1意作用を有する
メモリーゲート絶縁膜層56を形成し、さらにメモリー
ゲート電極52を形成し、さらに前記のアドレスゲート
電極51およびメモリーゲート電極52をイオン注入の
マスクとしてソース・ドレイン領域55を形成している
。従ってアドレスゲート電極51とメモリーゲート電極
52はメモリーゲート絶縁膜層56を介して一部重なる
ように自己整合により極めて近接して設けられている。
憶作用を有するメモリーゲート絶縁膜層56を形成し、
さらにメモリーゲート電極52を形成した後、アドレス
ゲート絶縁膜層54を形成し、さらにアドレスゲート電
極51を形成し、このアドレスゲート電極51をイオン
注入のマスクとしてソース・ドレイン領域55を形成し
ている。従ってメモリーゲート電極52とアドレスゲー
ト電極51はアドレスゲート絶縁膜層54を介して一部
重なるように極めて近接して設けられている。
ーセルではアドレスゲート電極51とメモリーゲート電
極52のどちらを先に形成するかの違いはあるが、アド
レスゲート電極51とメモリーゲート電極52が極めて
近接して形成されているのは同じである。このため、第
4図(a)および[b)の構造のメモリーセルではアド
レスゲート電極51下とメモリーゲート電極52下の半
導体領域11表面の境界部に不純物層を設けていない。
では、メモリーゲート電極52の近傍にV I) I)
が印加される。ソース・ドレイン領域55が存在しな(
・ため、メモリーゲート絶縁膜層56が電界集中による
損傷を受けることがないという特徴を有している。しか
しフエがら、アドレスゲート電極51とメモリーゲート
電極52間は絶縁分離する必安土、棲めて近接されて設
けられているとはいえ、必ず「すき間」は存在し、よっ
てアドレスゲート電極51下とメモリーゲ−1・電極5
2下の半導体領域11表面の境界部にはチャネルが形成
されない領域(図示側つがわずかながら存在することに
なる。第4図[alおよび[b)の構造のメモリーセル
において、メモリゲート電極52にvppが印加されて
も記憶された情報を変化させたくない時、すなわち書込
阻止を行いたい場合は例えばアドレスゲート電極51に
Vl)I)、ソース・ドレイン領域55にもVl)I)
、半導体領域11にはOvを印加する。このようにする
ことによりメモリーゲート電極52とメモリーゲート電
極52下の半導体領域11表面に形成されるチャネル領
域との電位差が最小となり、書込は行われないのだが、
アドレスゲート電極51下とメモリーゲート電極52下
の半導体領域11表面領域の境界部に存在する空乏層に
より電圧降下が若干生じるため、メモリーゲート電極5
2とメモリーゲート電極52下のチャネル領域に電位差
が生じ、ごく弱い書込が行われてしまうとい5欠点があ
り、信頼性上問題があった。この問題点を解決するには
メモリーゲート電極52に印力Uされる電圧よりもソー
ス・ドレイン領域55に印加される電圧を高くすればよ
いが、異なる電圧を発生させるための回路が別途必要と
なるため好ましくない。また、メモリーゲート電極52
下とアドレスゲート電極51下の半導体領域11表面の
境界部にソース・ドレイン領域55と同一導電型の不純
物領域を形成すればよいが、一般に行われるイオン注入
技術ではマスク合せのための冗長分とマスク形成のため
のプロセスを余分に必要とするため微細化が困難であり
、プロセス的にも複雑となってし1[5゜ 本発明ばかがる欠点を除去し、微細化に適し、しかも十
分な(11,込阻止性能を有するメモリーセルJj、I
造とその製造方法を提供することを目的とするものであ
る。
および製造方法を提供する。
されて設けられた導電性の第2の電極と第1の電極下に
設けられた2層以上の第1の絶縁1漠層と第2の電極下
に設けられた少くとも1層以上で第1の絶縁膜層のどの
層よりも厚い第2の絶縁膜と第1および第2の電極下に
第1、第2の絶縁膜層を介して設けられた第1導電型の
半導体領域とこの半導体領域に設けられ、かつ第2の電
極と絶縁膜を介して一部重なるごとく設けられた第2導
電型のソース・ドレイン領域を少(とも有する半導体不
揮発性記憶装置において、第1の電極下の半導体領域と
第2の電極下の半導体領域の境界部に前記ソース・ドレ
イン領域と同一導電型の第2の不純物領域を設ける。
い1層以上のアドレスゲート絶縁膜層を形成する工程と
、アドレスゲート電極として第2導電型の多結晶シリコ
ン膜を形成する工程と、このアドレスゲート電極を酸化
することによりアドレスゲート電極を第2導電型の不純
物を含むシリゲートガラスで被覆する工程と、シリゲー
トガラス中の不純物を半導体領域中に拡散させて、半導
体領域の表面に第2導電型の不純物領域を形成する工程
と、記憶作用を有する少くとも2層以上のメモリーゲー
ト絶縁膜層を形成する工程と、メモリーゲート電極を形
成する工程と、アドレスゲート電極およびメモリーゲー
ト電極をイオン注入のマスクとして半導体領域の表面に
第2導電型のソース・ドレイン領域を形成する工程とを
有する。
とも2層以上のメモリーゲート絶縁膜層を形成する工程
と、メモリーゲート電極として第2導電型の多結晶シリ
コン膜を形成する工程と、メモリーゲ−1・絶縁膜層の
うち少くとも一層を除去する工程と、メモリーゲート電
極を酸化することによりメモリーゲート電極を第2導電
型の不純物を含むシリゲートガラスで被覆する工程と、
シリゲートガラス中の不純物を半導体領域中に拡散させ
て半導体領域の表面に第2導電型の不純物領域を形成す
る工程と、記憶作用を有しない1層以上のアドレスゲー
ト絶縁膜層を形成する工程と、アドレスゲート電極を形
成する工程と、メモリーゲート電極およびアドレスゲー
ト電極をイオン注入のマスクとして半導体領域の表面に
第2導電型のソース・ドレイン領域を形成する工程とを
有する。
は、半導体領域としてP型のシリコン基板を用いた場合
の本発明の構造のメモリーセルを得るための製造方法を
示す断面図である。
の一実施例について説明する。第1図[e)の構造のメ
モリーセルはメモリーゲート電極52と、このメモリー
ゲート電極52から絶縁されて設けたアドレスゲート電
極51と、メモリーゲート電極52下の記憶作用を有す
る複数層のメモリーゲート絶縁膜層56と、アドレスゲ
ート電極51下の記憶作用を有しないアドレスゲート絶
縁膜層54と、P型のシリコン基板25と、P型のシリ
コン基板25表面にアドレスゲート電極51とアドレス
ゲート絶縁膜層54を介して一部重なるごとく設けたn
型のソース・ドレイン領域55と、メモリーゲート電極
52下とアドレスゲート電極51下のP型のシリコン基
板25の境界部にn型の不純物領域18を設けた構造の
メモリーセルに層間絶縁膜22を形成し、コンタクト窓
24を開孔した後、配線金属23を形成したものである
。
を第1図(a)乃至telを用いて説明する。
酸素雰囲気中で熱処理を行うことにより膜厚的35 n
mのアドレスゲート絶HV層54としてのゲート酸化
膜20を形成する。さらに化学気相成長(以下CVDと
いう)法により、膜厚45 Q r1m程度の多結晶シ
リコン膜16を形成し、例えば不活性ガス希釈の酸素と
ホスフィン(PI−1,)の混合算囲気中で熱処理を行
い多結晶シリコン膜16にn型の不純物のリンを高濃度
に導入する。
膜16をエツチングしアドレスゲート電極51を形成し
、さらにこのアドレスゲート電極51をマスクとしてゲ
ート酸化膜20をエツチングする。次に第1図(b)に
示すように例えば700℃程度の温度で水蒸気酸化処理
することにより多結晶シリコン膜160表面およびシリ
コン基板250表面に酸化シリコン膜を形成するが、こ
の時、リンを高濃度に含んだ多結晶シリコン膜16表面
の酸化シリコン膜は、膜厚1100n程度のホスホシリ
ゲートガラス(以下PSGという)膜15であり、シリ
コン基板25表面に形成される膜厚15nm程度の二酸
化シリコン脱17に比べて5〜7倍程度膜厚が厚くなる
とい5特徴がある。
ばフッ酸系のエツチング液で二酸化シリコン膜17をエ
ツチングしても多結晶シリコン膜16表面のPSG膜1
5は1膜厚50nm程度残存する。
基板25表面が露出するまで二酸化シリコン膜17およ
びPSG膜15をエツチングして酸素雰囲気中で例えば
温度900℃で熱処理を行5ことにより、膜厚2.ln
m程度の酸化シリコン膜12を形成し、さらにCVD法
により膜厚14nm程度の窒化シリコン膜13を形成し
、さらに窒化シリコン膜13表面を例えば温度1000
°Cで水蒸気酸化処理して膜厚5nm程度のシリコン酸
化膜14を形成する。この酸化シリコン膜12と窒化シ
リコン膜16とシリコン酸化膜14とによりメモリーゲ
ート絶縁膜層56を構成する。この時の100O℃とい
う温度により、多結晶シリコン膜16表面のPSG膜1
膜中5中まれるリンがシリコン基板25表面領域に拡散
し、n型の不鈍物領域18を形成する。さらにCVD法
により膜厚450 n m程度のポリシリコン膜19を
形成する。
術によりポリシリコンIFA 19をエツチングし、メ
モリーゲート電WL52とする。さらにメモリーゲート
電極52をマスクとしてシリコン酸化1摸14、窒化シ
リコン膜13、酸化シリコン1模12を順次エツチング
する。さらにアドレスゲ−1・電極51およびメモリー
ゲート電極52をイオン注入のマスクとして、周知の技
術にてソース・ドレイン領域55を形成する。
化シリコン膜からなる層間絶縁膜22をCVD法で形成
する。さらに周知のホトエツチング技術により、この層
間絶縁膜22にコンタクト窓24を開孔し、例えばシリ
コンを添加したアルミニウムからなる配線金属26を形
成することにより、本発明の構造のメモリーセルを得る
こ、とができる。
のメモリーセル構造の一実雄例について説明する。
極52と、このメモリーゲート電極52から絶縁されて
設けたアドレスゲート電極51と、メモリーゲート電極
52下の記憶作用を有する複数層のメモリーゲート絶縁
膜層56と、アドレスゲート電極51下の記憶作用を有
しないアドレスゲート絶縁膜層54と、P型のシリコン
基板25と、このP型のシリコン基板25表面にアドレ
スゲート電極51とアドレスゲート絶縁膜層54を介し
て一部重なるごとく設けたn型のソース・ドレイン領域
55と、メモリーゲート電極52下とアドレスゲート電
極51下のシリコン基板25の境界部にn型の不純物領
域18を設けた構造のメモリーセルに層間絶縁膜22を
形成し、コンタクト窓24を開孔した後配線金@26を
形成したものである。
す構造を製造するための製造方法を説明する。
素雰囲気中で例えば温度900℃で熱処理を行うことに
より、膜厚2.1 n m程度の酸化シリコンIIA
12を形成し、さらにCVD法により膜厚14、 n
m程度の窒化シリコン膜16を形成し、さらにこの窒化
シリコン膜13表面を例えば温度1000°Cで水蒸気
酸化処理して膜厚5nm稈度のシリコン酸化膜14を形
成する。この酸化シリコン膜12と窒化シリコン膜13
とシリコン酸化膜14とによりメモリーゲート絶縁膜層
56を構成する。さらにCVD法により膜厚450 n
m程度のポリシリコン膜19を形成し、例えば不活性
ガス希釈の酸素とPI−13の混合雰囲気中で熱処理を
行い、ポリシリコン膜19にn型の不純物のリンを高濃
度に導入する。さらに周知のホトエツチング技術により
ポリシリコン膜19をエツチングしメモリーゲート電極
52を形成し、さらにこのメモリーゲート電極52をマ
スクとしてシリコン酸化膜14、窒化シリコン膜16を
順次エツチングし、必要ならば酸化シリコン膜12もエ
ツチングする。ただし、酸化シリコン膜12は残ってい
ても構わない。
明したように、例えば700°C程度の温度で水蒸気酸
化処理することにより、ポリシリコン膜19表面に膜厚
100 n m程度のPSG膜1膜上5リコン基板25
表面に膜厚15 n m程度の二酸化シリコン膜17を
形成する。
が露出するまで二酸化シリコン膜17およびPSG膜1
膜上5えばフッ酸系のエツチング液でエツチングし、ポ
リシリコン膜19表面にPSG1SG1全155Qnm
程度残存させる。さらに、酸素雰囲気中で例えば温度1
000℃で熱処理を行い、膜厚35nm程度のゲート酸
化膜20を形成するとともに、PSG膜1膜中5中まれ
るリンをシリコン基板25表面に拡散させ、n型の不純
物領域18を形成する。さらにCVD法により膜厚4’
50nm程度の多結晶シリコン膜16を形成する。この
場合はゲート酸化膜20がアドレスゲート絶縁膜層54
となる。すなわち、不純物領域18を形成する工程とア
ドレスゲート絶縁膜層54を形成する工程とが同時進行
的に行われたが、二酸化シリコン膜17が形成された段
階で二酸化シリコン膜17をエツチングぜずに更に不活
性ガス中で熱処理を行って不純物領域18を形成し。
層54としてもよい。
術により多結晶シリコン脱16をエツチングし、アドレ
スゲート電極51とする。さらにアドレスゲート電極5
1をマスクとしてゲート酸化膜20をエツチングする。
して周知の技術により、ソース・ドレイン領域55を形
成する。
酸化シリコン膜からなる層間絶縁膜22をCVD法で形
成する。さらに周知のホトエツチング技術により、との
層間絶縁膜22にコンタクト窓24を開孔し、例えばシ
リコンを添加したアルミニウムからなる配線金属26を
形成することにより、本発明の構造のメモリーセルを得
るととができる。
晶シリコン膜16へのリンの導入および7pJ2図[a
)におけるポリシリコン膜19へのリンの導入はP I
−I 3流量8Qml/min、酸素Rffl 100
rue / mm。
’C:で行い、リン導入後の多結晶シリコン膜16、あ
るいはポリシリコン膜190面積抵抗は2oΩ/口程度
である。4iた、第1図telおよび第2図fcJにお
いてPSG膜15は膜厚50 n m程度残存している
が、これはn型の不純物層18を形成するための拡散源
であることの他にアドレスゲート電極51とメモリーゲ
ート電極52間の絶縁耐圧を向上させる働きも有してい
る。
ーセルと第4図(alに示した従来のアドレスゲート下
とメモリーゲート下のシリコン基板表面境界領域にシリ
コン基板と逆導電型の不純物領域を持たない構造のメモ
リーセルの書込阻止性能を比較した図で、実線61で示
したものが本発明、破線62で示したものが従来例であ
る。第5図において103回書込阻止を行った場合、従
来例のメモリーセルではしきい値変化量が約1..3V
あるのに対して本発明のメモリーセルではしきい値変化
量は約0.05Vであり、従来例と比較して大幅に信頼
性が向上している。
ャネル型とするには半導体領域としてl]型のシリコン
基板を用い多結晶シリコン膜あるいはポリシリコン膜に
例えばジボラン(82r’i6) と酸素および窒素
の混合雰囲気中で熱処理を行うことによりボロンを多結
晶シリコン1漠あるいはポリシリコン膜中に高濃度に導
入すればよい。
用いたが、半導体領域としてはシリコン基板表面に形成
されたP型ウェルまたはn型ウェルでもよいし、あるい
は絶縁基板上に形成された島状半導体層でもよい。
ト窓を設けて金属薄膜による配線を行い信号系に接続す
る場合の例を示したが、信号系への接続は多結晶シリコ
ン膜を用いる場合もある。
成とする場合、メモリーセル個々に配線をしない場合も
ある。したがって、メモリーセル個々にコンタクト窓を
設けないという場合もある。
濃度に含んだ多結晶シリコン膜あるいはポリシリコン膜
を酸化することにより得られるシリゲートガラスをアド
レスゲート電極下とメモリーゲート電極下の半導体基板
表面境界領域にソース・ドレイン領域と同一導電型の不
純物領域を形成するための拡散源、およびアドレスゲー
ト電極とメモリーゲート電極間の絶縁物として利用する
ことにより、微細化に対応でき、しかもメモリーセルの
書込阻止性能やアドレスゲートとメモリーゲート間の絶
縁耐圧を向上させることが可能となり、高信頼性のメモ
リーセル構造と製造方法を提供することができる。
本発明の構造のメモリーセルを製造工程順に示す断面図
、第3図は従来例におけるアドレストランジスタとメモ
リトランジスタ間にイオン注入による第3の不純物領域
を有するメモリーセルの構造を示す断面図、第4図(a
lおよびtb+は従来例におけるアドレスゲート下とメ
モリーゲート下の間に不純物領域を有しないメモリーセ
ルの構造を示す断面図、第5図は従来例と本発明による
メモリーセルの書込阻止特性を比較したグラフである。 15・・・・・・P S’G膜、 18・・・・・・不純物領域、 51・・・・・・アドレスゲート下極、52・・・・・
・メモリーゲート電極。
Claims (3)
- (1)導電性の第1の電極と該第1の電極から絶縁され
て設けた導電性の第2の電極と前記第1の電極下に設け
た複数層の第1の絶縁膜層と前記第2の電極下に設けら
れた少くとも1層以上で前記第1の絶縁膜層のどの層よ
りも厚い第2の絶縁膜と前記第1および第2の電極下に
前記第1の絶縁膜層および第2の絶縁膜層を介して設け
た第1導電型の半導体領域と該半導体領域に設けかつ前
記第2の電極と絶縁膜を介して一部重なるごとく設けた
第2導電型のソース・ドレイン領域を少くとも有する半
導体不揮発性記憶装置において、前記第1の電極下の半
導体領域と前記第2の電極下の半導体領域の境界部に前
記ソース・ドレイン領域と同一導電型の第2の不純物領
域を設けたことを特徴とする半導体不揮発性記憶装置。 - (2)第1導電型の半導体領域の表面上に記憶作用を有
しない1層以上のアドレスゲート絶縁膜層を形成する工
程と、アドレスゲート電極として第2導電型の多結晶シ
リコン膜を形成する工程と、該アドレスゲート電極を酸
化することにより前記アドレスゲート電極を第2導電型
の不純物を含むシリゲートガラスで被覆する工程と、該
シリゲートガラス中の不純物を該半導体領域中に拡散さ
せて、前記半導体領域の表面に、第2導電型の不純物領
域を形成する工程と、記憶作用を有する複数層のメモリ
ーゲート絶縁膜層を形成する工程と、メモリーゲート電
極を形成する工程と、前記アドレスゲート電極およびメ
モリーゲート電極をイオン注入のマスクとして前記半導
体領域の表面に第2導電型のソース・ドレイン領域を形
成する工程とを有することを特徴とする半導体不揮発性
記憶装置の製造方法。 - (3)第1導電型の半導体領域の表面上に記憶作用を有
する複数層のメモリーゲート絶縁膜層を形成する工程と
、メモリーゲート電極として第2導電型の多結晶シリコ
ン膜を形成する工程と、前記メモリーゲート絶縁膜層の
うち少くとも1層を除去する工程と前記メモリーゲート
電極を酸化することにより前記メモリーゲート電極を第
2導電型の不純物を含むシリゲートガラスで被覆する工
程と、前記シリゲートガラス中の不純物を前記半導体領
域中に拡散させて該半導体領域の表面に第2導電型の不
純物領域を形成し、かつ前記半導体領域の表面上に記憶
作用を有しない1層以上のアドレスゲート絶縁膜層を形
成する工程と、アドレスゲート電極を形成する工程と、
前記メモリーゲート電極およびアドレスゲート電極をイ
オン注入のマスクとして前記半導体領域の表面に第2導
電型のソース・ドレイン領域を形成する工程とを有する
ことを特徴とする半導体不揮発性記憶装置の製造方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63335610A JP2829012B2 (ja) | 1988-12-29 | 1988-12-29 | 半導体不揮発性記憶装置とその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP63335610A JP2829012B2 (ja) | 1988-12-29 | 1988-12-29 | 半導体不揮発性記憶装置とその製造方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH02180079A true JPH02180079A (ja) | 1990-07-12 |
JP2829012B2 JP2829012B2 (ja) | 1998-11-25 |
Family
ID=18290512
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP63335610A Expired - Lifetime JP2829012B2 (ja) | 1988-12-29 | 1988-12-29 | 半導体不揮発性記憶装置とその製造方法 |
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JP (1) | JP2829012B2 (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6268622B1 (en) | 1998-07-13 | 2001-07-31 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Non-volatile memory device and fabrication method thereof |
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WO2006070475A1 (ja) * | 2004-12-28 | 2006-07-06 | Spansion Llc | 半導体装置 |
-
1988
- 1988-12-29 JP JP63335610A patent/JP2829012B2/ja not_active Expired - Lifetime
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JPWO2006070475A1 (ja) * | 2004-12-28 | 2008-08-07 | スパンション エルエルシー | 半導体装置 |
US7675107B2 (en) | 2004-12-28 | 2010-03-09 | Spansion Llc | Non-volatile SONOS-type memory device |
JP4895823B2 (ja) * | 2004-12-28 | 2012-03-14 | スパンション エルエルシー | 半導体装置 |
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---|---|
JP2829012B2 (ja) | 1998-11-25 |
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