JPH05251710A - Mos型半導体記憶装置 - Google Patents

Mos型半導体記憶装置

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JPH05251710A
JPH05251710A JP27297091A JP27297091A JPH05251710A JP H05251710 A JPH05251710 A JP H05251710A JP 27297091 A JP27297091 A JP 27297091A JP 27297091 A JP27297091 A JP 27297091A JP H05251710 A JPH05251710 A JP H05251710A
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JP
Japan
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oxide film
gate
post
semiconductor memory
substrate
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JP27297091A
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English (en)
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Yasushi Igarashi
泰史 五十嵐
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Oki Electric Industry Co Ltd
Original Assignee
Oki Electric Industry Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 メモリセルとなるトランジスタを立体的に構
成し、1ビット毎の消去が可能で、書き込みも1ビット
毎にでき、書き込み/読み出しが速く、しかも小型化に
伴う性能の劣化をなくす。 【構成】 MOS型半導体記憶装置において、Si基板
1上に形成されるSi柱3と、そのSi柱3のまわり及
びSi基板1上に形成されるトンネル酸化膜6と、Si
柱3のまわり及びそれに接するSi基板1表面に形成さ
れるフローティングゲート8と、そのフローティングゲ
ート8の表面に形成されるゲート酸化膜10と、そのゲ
ート酸化膜10の表面に形成されるコントロールゲート
12と、Si柱3の上部に形成されるソース拡散層13
と、Si柱3の基部およびトンネル酸化膜6下のSi基
板1に形成されるドレイン拡散層5とを形成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、MOS型半導体記憶装
置、特に不揮発型記憶セルの構造に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、この種の技術としては、例えば
「最新版 超LSIプロセスデータハンドブック」
(株)サイエンス・フォーラム,1990/3/31,
第1版、P.81〜88に記載されるものがあった。従
来、この種の装置は、上記文献に開示されるように、M
ASK−ROM、EP−ROM、EE−PROM、Fl
ashEE−PROM、NAND型EE−PROMがあ
る。
【0003】これらを使用することにより、現在コンピ
ュータの外部記憶装置として使用されている磁気記憶装
置(ハードディスク、フロッピーディスク、磁気テー
プ)が置き換えられる可能性がある。これが実現すれ
ば、コンピュータから機械的な駆動部が無くなることに
なり、より信頼性の高い、より書き込み/読み出し速度
の速い、より小型・軽量なコンピュータが実現できるこ
とになる。
【0004】これに適する装置としては、電気的に書き
込み/読み出しができるEE−PROM、FlashE
E−PROM、NAND型EE−PROMが挙げられ
る。このうち1ビットあたりのセル面積を最も小さくす
ることができる、すなわち、1ビットあたりのコストを
安くできるNAND型EE−PROMが有望とされてい
る。このNAND型EE−PROMでは、セル面積を小
さくするために、8ビットを直列に構成し、コンタクト
ホールの数を極力減らしたために、他のPROMでは達
成できなかった高密度化が可能となった。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、NAN
D型EE−PROMでは、メモリセルを直列に配置した
ために、消去は8ビット単位で行わなければならな
い。プログラム(書き込み)はシリアルで行わなけれ
ばならない。書き込み/読み出しが遅い。更に小型
化すると、トランジスタのソース/ドレイン間のチャネ
ル間ショートが生じやすいといった問題があった。
【0006】本発明は、上記問題点を除去し、メモリセ
ルとなるトランジスタを立体的に構成し、1ビット毎
の消去が可能な、書き込みも1ビット毎にでき、書
き込み/読み出しが速く、小型化に伴う性能の劣化が
ないMOS型半導体記憶装置を提供することを目的とす
る。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、MOS型半導体記憶装置において、半導
体基板上に形成されるシリコン柱と、該シリコン柱のま
わり及び半導体基板上に形成されるトンネル酸化膜と、
前記シリコン柱のまわり及びそれに接する半導体基板表
面に形成されるフローティングゲートと、該フローティ
ングゲート表面に形成されるゲート酸化膜と、該ゲート
酸化膜上に形成されるコントロールゲートと、前記シリ
コン柱の上部に形成されるソース拡散層と、前記シリコ
ン柱の基部および前記トンネル酸化膜下の半導体基板に
形成されるドレイン拡散層とを設けるようにしたもので
ある。
【0008】
【作用】本発明によれば、上記したように、MOS型半
導体記憶装置(EE−PROM)の構造をシリコン柱に
形成するようにしたので、記憶セルの平面積を小さくす
ることができる。また、記憶セルの平面積を増すことな
く、充分なゲート長を確保することができる。ゲート電
極が柱状のシリコンのまわりを一周取り囲む構造である
ために、電流経路がシリコン柱全体となり、高いコンダ
クタンスgmが得られるために、スイッチングのマージ
ンを広くとることができる。
【0009】
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
ながら詳細に説明する。図1、図2及び図3は本発明の
実施例を示すMOS型半導体記憶装置の製造工程断面
図、図4はそのMOS型半導体記憶装置の断面図であ
る。まず、図1(a)に示すように、シリコン(Si)
基板1上に既知の技術であるSiN膜の成膜、ホトリソ
グラフィー、ドライエッチングにより、Si柱を形成す
るための窒化シリコン(SiN)パターン2を形成す
る。ここでは、SiNパターン2の膜厚は1μmで、大
きさは0.5×0.5μmとする。
【0010】次に、図1(b)に示すように、SiNパ
ターン2をマスクとして、ドライエッチング、例えばC
2 を使用した反応性イオンエッチング(RIE)によ
り、Si柱3の長さが5μmになるまでSiをエッチン
グする。その後、図1(c)に示すように、既知の熱酸
化技術により、マスク酸化膜4を、例えば200Åの厚
さに形成する。このマスク酸化膜4は、次に行うリンイ
オン(P+ )の注入時に、Si基板1へのダメージ防止
及び汚染防止の働きと、Si柱3へリンイオンが注入さ
れないようにするためのマスクとしての働きを兼ねてい
る。リンイオン注入はSi基板1のみに注入し、Si柱
3へ注入しないように、Si基板1に対して、垂直方向
から行う。注入条件は、例えばリンイオンを40KeV
で加速して5×1015/cm2 のドーズ量とする。これに
より、ドレイン拡散層5が形成される。次に、マスク酸
化膜4をフッ酸により除去し、例えば950℃の窒素中
で20分間処理して、リンの活性化及びSi表面のイオ
ン注入によるダメージ回復を行う。
【0011】次に、図1(d)に示すように、例えば、
950℃の酸素中で12分間処理して、100Åのトン
ネル酸化膜6をSi基板1及びSi柱3の表面に形成す
る。更に、ポリシリコン7を、例えば、減圧CVD法に
より2000Å形成し、既知の技術により、ポリシリコ
ン7にリンを拡散する。次に、通常のリソグラフィー及
びCl2 を使用したRIEにより、ポリシリコン7をパ
ターニングして、図1(e)に示すように、フローティ
ングゲート8を形成する。
【0012】更に、図2(a)に示すように、第1の層
間絶縁膜9を、例えば、減圧CVD法により酸化シリコ
ン(SiO2 )をSi柱3が充分に埋まるまで堆積す
る。次に、図2(b)に示すように、第1の層間絶縁膜
9を厚さ2μmまでエッチバックする。次に、図2
(c)に示すように、Si柱3のまわりの第1の層間絶
縁膜9を通常のホトリソグラフィー、RIEによるエッ
チングにより、下方のフローティングゲート8の上まで
除去する。
【0013】次に、図2(d)に示すように、フローテ
ィングゲート8の表面を酸化し、例えば200Å厚のゲ
ート酸化膜10を形成する。次いで、図2(e)に示す
ように、減圧CVD法により、ポリシリコン11をSi
柱3が充分に埋まるまで堆積する。次に、例えば、第1
の層間絶縁膜9上のポリシリコン11が1μm厚になる
までエッチバックする。その後、ポリシリコン11に既
知の技術によりリンを拡散し、更に、通常のホトリソグ
ラフィー、RIEによるエッチングにより、ポリシリコ
ン11を加工し、図3(a)に示すように、コントロー
ルゲート12を形成する。
【0014】次に、図3(b)に示すように、フッ酸に
より表面に露出しているゲート酸化膜10を除去し、更
に、Cl2 による等方性のドライエッチングにより、S
i柱3の上部のフローティングゲート8が無くなるま
で、フローティングゲート8とコントロールゲート12
をエッチングする。更に、Si柱3の露出した部分に既
知の技術によりリンを拡散させ、ソース拡散層(ソース
電極)13を形成する。更に、例えば、950℃の酸素
中で、20分間処理して、フローティングゲート8、コ
ントロールゲート12、ソース電極13の各電極間が酸
化シリコン(SiO2 )膜14で覆われるようにする。
【0015】次に、減圧CVD法により、酸化シリコン
(SiO2 )膜を堆積し、SiNパターン2が露出する
まで、エッチバックすることにより、平坦化し、図3
(c)に示すように、第2の層間絶縁膜15を形成す
る。その後、熱リン酸に浸すことにより、SiNパター
ン2を除去し、ビット線16を形成するために、例え
ば、Alを既知の方法により、堆積し、ホトリソグラフ
ィー、エッチングする。
【0016】このようにして、図3(c)にその断面
を、図4(a)に図3(c)のA−A線断面を、図4
(b)に図3(c)のB−B線断面を、それぞれ示す本
発明にかかるMOS型半導体記憶装置(記憶セル)を得
ることができる。以下、このMOS型半導体記憶装置
(記憶セル)の動作について、以下に1例を図5を用い
て説明する。
【0017】(1)書き込み 図5(a)に示すように、コントロールゲート12を接
地し、ドレイン拡散層5に12Vを印加すると、ドレイ
ン拡散層5からトンネル酸化膜6を通してフローティン
グゲート8に電子が注入される。ここで、ソース電極1
3は何にも接続せずに浮かしておいてよいが、点線で示
すように、ドレイン拡散層5に接続して、ソース電極1
3からもフローティングゲート8へ電子を注入するよう
にしてもよい。この場合は、コントロールゲート12の
見かけの閾値電圧Vtは大きくなる。
【0018】(2)消去 図5(b)に示すように、ドレイン拡散層5を接地し、
コントロールゲート12に12Vを印加することによ
り、フローティングゲート8の電子をトンネル酸化膜6
を通してドレイン拡散層5へ引き抜く。ソース電極13
には何にも接続せずに浮かしておいてよいが、ドレイン
拡散層5と同様に、点線で示すように、接地して、フロ
ーティングゲート8の電子をドレイン拡散層5のみでな
く、ソース電極13へ引き抜くようにしてもよい。この
場合は、コントロールゲート12の見かけの閾値電圧V
tは小さくなる。
【0019】(3)読み出し 図5(c)に示すように、ドレイン拡散層5を接地し、
ソース電極13に1Vを印加した状態で、コントロール
ゲート12に5Vを加え、その時、ドレイン電流が流れ
た時、“0”で、ドレイン電流が流れない時、“1”と
して読み出す。なお、本発明は上記実施例に限定される
ものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可
能であり、これらを本発明の範囲から排除するものでは
ない。
【0020】
【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、以下のような効果を奏することができる。 (1)MOS型半導体記憶装置(EE−PROM)の構
造を、シリコン柱に形成するようにしたので、記憶セル
の平面積を小さくすることができる。
【0021】(2)記憶セルの平面積を増すことなく、
充分なゲート長を確保することができる。 (3)ゲート電極が柱状のシリコンのまわりを一周取り
囲む構造であるために、電流経路がシリコン柱全体とな
り、高いコンダクタンスgmを得ることができ、スイッ
チングのマージンが広くとれる。
【0022】(4)基板のシリコンが、全ビット共通の
ドレインになっているので、1ビットあたりのコンタク
トは1つにもかかわらず、データの消去と書き込みがラ
ンダムに行える。 (5)1ビット毎にランダムに制御できるので、書き込
み/読み出しが速い。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を示すMOS型半導体記憶装置
の製造工程断面図(その1)である。
【図2】本発明の実施例を示すMOS型半導体記憶装置
の製造工程断面図(その2)である。
【図3】本発明の実施例を示すMOS型半導体記憶装置
の製造工程断面図(その3)である。
【図4】本発明の実施例を示すMOS型半導体記憶装置
の断面図である。
【図5】本発明のMOS型半導体記憶装置の動作説明図
である。
【符号の説明】
1 シリコン(Si)基板 2 窒化シリコン(SiN)パターン 3 Si柱 4 マスク酸化膜 5 ドレイン拡散層 6 トンネル酸化膜 7,11 ポリシリコン 8 フローティングゲート 9 第1の層間絶縁膜 10 ゲート酸化膜 12 コントロールゲート 13 ソース拡散層(ソース電極) 14 酸化シリコン(SiO2 )膜 15 第2の層間絶縁膜 16 ビット線

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】(a)半導体基板上に形成されるシリコン
    柱と、 (b)該シリコン柱のまわり及び半導体基板上に形成さ
    れるトンネル酸化膜と、 (c)前記シリコン柱のまわり及びそれに接する半導体
    基板表面に形成されるフローティングゲートと、 (d)該フローティングゲート表面に形成されるゲート
    酸化膜と、 (e)該ゲート酸化膜上に形成されるコントロールゲー
    トと、 (f)前記シリコン柱の上部に形成されるソース拡散層
    と、 (g)前記シリコン柱の基部および前記トンネル酸化膜
    下の半導体基板に形成されるドレイン拡散層とを具備す
    ることを特徴とするMOS型半導体記憶装置。
JP27297091A 1991-10-22 1991-10-22 Mos型半導体記憶装置 Withdrawn JPH05251710A (ja)

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