JPH06112501A - 不揮発性半導体メモリ装置及びその製造方法 - Google Patents
不揮発性半導体メモリ装置及びその製造方法Info
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- JPH06112501A JPH06112501A JP4335044A JP33504492A JPH06112501A JP H06112501 A JPH06112501 A JP H06112501A JP 4335044 A JP4335044 A JP 4335044A JP 33504492 A JP33504492 A JP 33504492A JP H06112501 A JPH06112501 A JP H06112501A
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Abstract
提供する。 【構成】 半導体基板と、該半導体基板上に互いに電
気的に絶縁された複数のゲートとを備え、前記複数のゲ
ートは、第1導電層からなるフローティングゲートと、
前記フローティングゲート上に積層された第2導電層か
らなる制御ゲートと、そして前記半導体基板上に形成さ
れた不純物拡散領域を挟みかつ前記フローティングゲー
ト及び制御ゲートの反対側に形成された第1導電層と第
2導電層とからなる選択ゲートとを備え、前記第1導電
層と第2導電層からなる選択ゲートはセルアレイとセル
アレイとの間のフィールド酸化層の上でコンタクトを形
成して互いに連結される。 【効果】 選択トランジスタとストリッジトランジス
タとの間の間隔をフォトリソグラフィ工程限界まで減ら
せるのでEEPROMの高集積化を実現することができ
る。
Description
置及びその製造方法に係わり、特に接合コンタクト(Bu
tted contact)構造からなる選択トランジスタを備えた
不揮発性半導体メモリ装置及びその製造方法に関する。
るための記憶装置は非常に重要である。半導体メモリ装
置には、電源供給が中断されるとメモリ内容を損失する
揮発性メモリ装置と、引続き記憶する不揮発性メモリ装
置がある。不揮発性メモリ装置は記憶されたデータの内
容を変えられる能力や、これを使用するに於て造作上の
制限等の色々な実際の難点によりその活用が制限されて
きた。
を採用した不揮発性メモリ装置は多用されている。この
ような装置は半導体基板と電気的に絶縁された導電性物
質からなるフローティングゲートを用いるが、このゲー
トは半導体基板と容量結合されているのでフローティン
グゲートの荷電状態を感知するMOSトランジスタを形
成することになる。フローティングゲートの電荷が存在
するか否かによりこのMOSトランジスタは伝導状態
(ON状態)または非伝導状態(OFF状態)になりデ
ータ“1”または“0”を記憶することになる。フロー
ティングゲートに電荷を注入させ、除去させるメカニズ
ムとしてはなだれ降伏(Avalanche Breakdown)により
生成される熱電子(Hot Electron)及びトンネル効果等
が用いられる。このような不揮発性半導体メモリ装置の
中でも電気的にデータを消去しプログラムできるEEP
ROM(Electrically Erasable & Programmable Read
OnlyMemory)の需要が増大している。
108,1982”と“IEEE Electron Devices,pp.1178,1982”
に開示された従来のEEPROMのセル構造を図1及び
図2を参照して説明すると次の通りである。ここで、図
1はセルの平面構造を、図2はセルの垂直構造をそれぞ
れ示す。通常的に2個のトランジスタが1つのセル(図
1の破線で限定した部分)をなすEEPROMセルは、
セルを選択するのに用いられる選択トランジスタ3とフ
ローティングゲートに電子を貯蔵させる役割をするスト
リッジトランジスタ4とから構成されるが、従来のEE
PROMセルに於ては図2に示したように選択トランジ
スタのゲートが第1導電層からなるストリッジトランジ
スタのフローティングゲート上に選択された制御ゲート
をなす第2導電層から形成され、プログラムされたデー
タの消去時にトンネリング(Tunneling)を起こすトン
ネル酸化膜2の下に埋没N+層5が形成されている。
動作を図3に示したセルの等価回路図を参照して説明す
ると次の通りである。
ランジスタ5の制御ゲートC/Gに15V〜20Vの高
い電圧を印加し、選択トランジスタ3の選択ゲートS/
Gに適切な電圧を印加することにより、ビットラインの
電圧OVが埋没N+領域に印加されるとフローティング
ゲートと埋没N+領域間の強い電界による電子のトンネ
リングによりフローティングゲートに電子が埋め込まれ
る。
タの制御ゲートC/GにOVを、ビットラインと選択ト
ランジスタの選択ゲートS/Gに10V〜20Vの高い
電圧を印加することにより埋没N+領域に印加される強
い電界によりフローティングゲートの電子がトンネリン
グされ抜き出ることにより行なわれる。
れたまたはプログラムが消去されたセルのリードは、ビ
ットラインに1V〜3V、選択ゲートにVcc、そして
制御ゲートに2V〜3Vを印加した時のフローティング
ゲートの電子の有無に従ってビットラインを通じる電流
を感知増幅器が感知することによりなる。
のプログラム時にビットラインに高い電圧が印加され、
トンネリングのための領域が必要なので高集積回路に不
利な点がある。特に、図2及び図3に示した従来のEE
PROMセルに於ては、トンネリングを起すためのトン
ネル領域がフローティングゲートの内側に形成されてい
るのでセルの高集積化に対する大きな制限となり、埋没
N+領域をトンネル領域に合わせて拡張して形成しなけ
ればならないので、これも制限要因となる。また、選択
トランジスタのゲートを第2導電層で形成するので、第
1導電層でストリッジトランジスタのフローティングゲ
ートを形成した後、第2導電層で選択トランジスタのゲ
ートとストリッジトランジスタの制御ゲートを形成する
時、第2導電層の食刻工程等を考慮しなければならない
ので選択トランジスタとストリッジトランジスタとの間
の間隔がフォトリソグラフィ限界以上に大きくなり高集
積化に不利な問題があり、ストリッジトランジスタに於
ける第1導電層からなるフローティングゲートと第2導
電層からなる制御ゲートとのミスアライン(Mis-alig
n)も問題となる。
化可能な不揮発性半導体メモリ装置を提供することにあ
る。
モリ装置を製造するのに適切な製造方法を提供すること
にある。
本発明による不揮発性半導体メモリ装置は、半導体基板
と、該半導体基板上に互いに電気的に絶縁された複数の
ゲートとを備え、前記複数のゲートは、第1導電層から
なるフローティングゲートと、前記フローティングゲー
ト上に積層された第2導電層からなる制御ゲートと、前
記半導体基板上に形成された不純物拡散領域を挟みかつ
前記フローティングゲート及び制御ゲートの反対側に形
成された第1導電層と第2導電層とからなる選択ゲート
を備え、前記第1導電層と前記第2導電層とからなる選
択ゲートはセルアレイとセルアレイとの間のフィールド
酸化層の上でコンタクトを形成して互いに連結されるこ
とを特徴とする。
不揮発性半導体メモリ装置の製造方法は、選択的酸化に
よってP型半導体基板上にセル分離用フィールド酸化層
を形成する第1過程と、ゲート酸化膜を形成した後、ス
トリッジトランジスタのトンネル領域に該当する部分の
前記ゲート酸化膜を食刻し、食刻により露出された半導
体基板にイオン注入を行なう第2過程と、前記トンネル
領域上にトンネル酸化膜を形成した後、結果物全面に第
1導電、絶縁層、第2導電層を順次積層する第3過程
と、選択トランジスタゲートとストリッジトランジスタ
ゲートを定義するためセルフアラインマスクを適用して
前記第2導電層、前記絶縁層、前記第1導電層までエッ
チングする第4過程と、選択トランジスタゲートの接合
コンタクトになる部分に該当する前記第2導電層を食刻
する第5過程と、ストリッジトランジスタのドレイン領
域だけに選択的にN型不純物をイオン注入する第6過程
と、選択トランジスタゲートとストリッジトランジスタ
ゲートとが形成された半導体基板全面にN型不純物を注
入し、前記選択トランジスタゲートとストリッジトラン
ジスタゲートとの側壁にスペーサを形成した後、再びN
型不純物を注入してLDD構造のソース/ドレイン領域
を形成する第7過程と、中間絶縁膜を形成し、金属コン
タクトを定義するためのコンタクトマスクを適用して金
属コンタクトホールを形成すると同時に、選択トランジ
スタゲートの接合コンタクト領域を定義するためのコン
タクトマスクを適用して接合コンタクト領域を形成する
第8過程と、金属を沈積させ金属配線を形成すると同時
に、選択トランジスタゲートの接合コンタクトを形成す
る第9過程を含んでなることを特徴とする。
ゲートをセルフアラインエッチング工程と接合コンタク
ト工程とによる第1導電層で形成し、トンネル酸化膜を
形成する前にトンネル領域パターンにセルフアラインさ
れるように埋没N-相を形成することにより選択トラン
ジスタとストリッジトランジスタと間の間隔をフォトリ
ソグラフィ工程限界まで減らすことができる。
て説明する。
直構造を示したもので、選択トランジスタゲートは、第
1導電層10と第2導電層20とが接合コンタクト30
された積層構造からなる。
イの一部を示した平面図である。参照符号Aはアクティ
ブ領域を示し、C1とC2はコンタクトホールを示し、
Tはストリッジトランジスタのトンネル領域を示す。ま
た、Mは金属配線を示し、S1とS2はそれぞれ選択ト
ランジスタゲートとストリッジトランジスタゲートを示
し、P1は選択トランジスタゲートとストリッジトラン
ジスタのフローティングゲートを成す第1導電層のうち
エッチングされた部分を、P2は選択トランジスタゲー
トを成す第2導電層のうちエッチングされた部分をそれ
ぞれ示す。
大して示したものが図6であり、図6の線A−A′で切
った断面構造を示したものが図7である。
めの製造方法を図8乃至図11を参照して工程順序に従
って説明すると次の通りである。
板1上にゲート酸化膜3を200オングストローム〜5
00オングストロームの厚さで形成した後、ストリッジ
トランジスタのトンネル領域を形成するためにフォトリ
ソグラフィ工程によりフォトレジストパターン4を形成
し、これをマスクとしてトンネル領域部分の前記ゲート
酸化膜3を湿式食刻により除去した後、N-領域を形成
するためN型不純物、例えばAsを1.0×1014ions
/cm2イオン注入する。
ジストを除去した後、トンネル領域上にトンネル酸化膜
5を形成した後、第1導電層11、例えば多結晶シリコ
ン層を約2,000オングストロームの厚さで沈積し、
PoCl3を沈積して50Ω程度に抵抗を低める。次い
で前記第1多結晶シリコン層上に絶縁層として、Si3
N4を薄く沈積した後、このSi3N4を酸化させること
によりONO膜13を形成する。そして多結晶シリコン
層15を2,000オングストロームの厚さで前記ON
O膜13上に沈積し、PoCl3を沈積して50Ω程度
に抵抗を低めた後、WSi217を1,500オングス
トロームの厚さで前記多結晶シリコン層15上に沈積す
ることにより第2導電層であるポリサイド層32を形成
する。次いで選択トランジスタゲートとストリッジトラ
ンジスタゲートを形成するためのフォトレジストパター
ン18をフォトリソグラフィ工程によりパターニングす
る。このとき、後続工程でストリッジトランジスタのフ
ローティングゲートは前記ポリサイド層からなる制御ゲ
ートを形成するとき自動的にセルフアライン(Self-ali
ne)形成されることによりフローティングゲートと制御
ゲートとをそれぞれ別に形成するときに必要な食刻時の
マージン等を考慮する必要がないので、選択トランジス
タとストリッジトランジスタとの間の間隔をフォトリソ
グラフィ工程限界まで減らすことができる。ここで参照
符号9は前記図8の工程でトンネル領域パターンにより
セルフアライン形成された埋没N-層を示す。
ジストパターン18をマスクとして利用しポリサイド層
32、ONO膜13、第1多結晶シリコン層11を連続
的に食刻して選択トランジスタのゲートとストリッジト
ランジスタのゲートとを形成する。その後、ストリッジ
トランジスタのドレイン領域に深い接合(Deep Junctio
n)を形成するためフォトレジスト20を全面に塗布
し、塗布されたフォトレジストをセルのN+領域パター
ンでパターニングした後、Asを6×1015ions/cm2イ
オン注入する。
合を形成するためのイオン注入後に深い接合19が行わ
れるように975℃で40分間熱処理を行った後、LD
D(Lightly Doped Drain)構造のソース/ドレイン領
域を形成するためN型不純物、例えばPを2×1013io
ns/cm2イオン注入してN-領域9′を形成した後、選択
トランジスタゲート及びストリッジトランジスタゲート
の側面に酸化膜スペーサ21を形成してAsを6×10
15ions/cm2イオン注入してN+領域22を形成する。次
いで、前記結果物全面に中間絶縁膜23を形成し、ビッ
トラインコンタクトを定義するためにコンタクトマスク
を適用してコンタクトホールを形成した後、結果物全面
に金属を沈積させビットライン25を形成する。ここ
で、選択トランジスタのゲートは第1多結晶シリコン
層、ONO膜、ポリサイド層が積層された構造となって
いるが、前記コンタクトホール形成工程時にONO膜に
より絶縁されている第1多結晶シリコン層とポリサイド
層の接合コンタクトを形成する。
タクト工程を説明する。
形成される部分である破線で限定した部分を拡大して示
し、図13は図12の線B−B′で切ったときの断面構
造を示したものである。
図14乃至図16に工程順序に従って示したが、まず図
14を参照すると、半導体基板1上のフィールド酸化膜
2上に第1多結晶シリコン層11、ONO膜13、第2
多結晶シリコン層15、WSi217を順次積層した
後、選択トランジスタゲートとストリッジトランジスタ
ゲートを形成するためのフォトレジストパターン18を
パターニングした後、このフォトレジストパターン18
をマスクとして利用しWSi217、第2多結晶シリコ
ン層15、ONO膜13、第1多結晶シリコン層11を
連続的に食刻する(図9の工程と同時に進行される)。
の工程を進行した後、接合コンタクトになる部分だけを
露出させ、セルの残り部分は全てフォトレジスト20を
塗布した後、接合コンタクト部分の露出されたポリサイ
ド32だけを食刻する。
ジストを除去した後、中間絶縁膜23を形成し、前記図
11のコンタクトホール形成工程を利用して接合コンタ
クト領域上の前記中間絶縁膜23及びONO膜13を食
刻してポリサイド層と第1多結晶シリコン層の所定部分
A、Bを露出させた後、導電物質25を沈積して接合コ
ンタクトを完成する。
セルフアラインエッチング工程と接合コンタクト工程に
よる第1導電層で選択トランジスタゲートを形成する一
方、トンネル酸化膜を形成する前にトンネル領域パター
ンにセルフアラインになるように埋没N-層を形成する
ことにより選択トランジスタとストリッジトランジスタ
との間の間隔をフォトリソグラフィ工程限界まで減らす
ことができるのでEEPROMの高集積化を実現するこ
とができる。
った垂直断面図。
示した平面図。
図。
の工程順序を示した断面図。
の工程順序を示した断面図。
めの工程順序を示した断面図。
めの工程順序を示した断面図。
平面図。
クトを形成するための工程順序を示した断面図。
クトを形成するための工程順序を示した断面図。
クトを形成するための工程順序を示した断面図。
Claims (12)
- 【請求項1】 半導体基板と、該半導体基板上に互い
に電気的に絶縁された複数のゲートとを備え、 前記複数のゲートが、 第1導電層からなるフローティングゲートと、 前記フローティングゲート上に積層された第2導電層か
らなる制御ゲートと、 前記半導体基板上に形成された不純物拡散領域を挟み、
かつ前記フローティングゲート及び前記制御ゲートの反
対側に形成された第1導電層と第2導電層とからなる選
択ゲートとを備え、 前記第1導電層と前記第2導電層とからなる前記選択ゲ
ートはセルアレイとセルアレイとの間のフィールド酸化
層の上でコンタクトを形成して互いに連結されることを
特徴とする不揮発性半導体メモリ装置。 - 【請求項2】 前記第1導電層が多結晶シリコンで形
成されることを特徴とする請求項1に記載の不揮発性半
導体メモリ装置。 - 【請求項3】 前記第2導電層がポリサイド層で形成
されることを特徴とする請求項1に記載の不揮発性半導
体メモリ装置。 - 【請求項4】 前記フローティングゲートが前記制御
ゲートパターンによりセルフアライン形成されることを
特徴とする請求項1に記載の不揮発性半導体メモリ装
置。 - 【請求項5】 前記不純物拡散領域がN+型の深い接
合領域であるストリッジトランジスタのドレイン領域で
あることを特徴とする請求項1に記載の不揮発性半導体
メモリ装置。 - 【請求項6】 選択的酸化によって半導体基板上にセ
ル分離用フィールド酸化層を形成する第1過程と、 ゲート酸化膜を形成した後、ストリッジトランジスタの
トンネル領域に該当する部分の前記ゲート酸化膜を食刻
し、食刻により露出された半導体基板にイオン注入を行
なう第2過程と、 前記トンネル領域上にトンネル酸化膜を形成した後、結
果物全面に第1導電層、絶縁層、第2導電層を順次積層
する第3過程と、 選択トランジスタゲートとストリッジトランジスタゲー
トを定義するためセルフアラインマスクを適用して前記
第2導電層、前記絶縁層、前記第1導電層までエッチン
グする第4過程と、 選択トランジスタゲートの接合コンタクトになる部分に
該当する前記第2導電層を食刻する第5過程と、 ストリッジトランジスタのドレイン領域だけに選択的に
N型不純物をイオン注入する第6過程と、 選択トランジスタゲートとストリッジトランジスタゲー
トとが形成された半導体基板全面にN型不純物を注入
し、前記選択トランジスタゲートとストリッジトランジ
スタゲートとの側壁にスペーサを形成した後、再びN型
不純物を注入してLDD構造のソース/ドレイン領域を
形成する第7過程と、 中間絶縁膜を形成し、金属コンタクトを定義するため、
金属コンタクトマスクを適用して金属コンタクトホール
を形成すると同時に、前記選択トランジスタゲートの接
合コンタクト領域を定義するためのコンタクトマスクを
適用して前記接合コンタクト領域を形成する第8過程
と、 金属を沈積させ金属配線を形成すると同時に、前記選択
トランジスタゲートの接合コンタクトを形成する第9過
程とを含んでなることを特徴とする不揮発性半導体メモ
リ装置の製造方法。 - 【請求項7】 前記ゲート酸化膜は200オングスト
ローム〜500オングストロームの厚さで形成されるこ
とを特徴とする請求項6に記載の不揮発性半導体メモリ
装置の製造方法。 - 【請求項8】 前記半導体基板上にイオン注入する過
程で、N型不純物を1×1013〜5×1015ions/
cm2注入してトンネル領域の下にN-領域を形成すること
を特徴とする請求項6に記載の不揮発性半導体メモリ装
置の製造方法。 - 【請求項9】 前記絶縁層が、前記第1導電層を沈積
した後にこれを酸化させ、この酸化された第1導電層上
にSi3N4膜を沈積した後、これを酸化させて形成した
ONO膜であることを特徴とする請求項6に記載の不揮
発性半導体メモリ装置の製造方法。 - 【請求項10】 前記第2導電層が多結晶シリコンと
WSi2を積層して形成されたポリサイド層であること
を特徴とする請求項6に記載の半導体メモリ装置の製造
方法。 - 【請求項11】 前記選択トランジスタゲートと前記
ストリッジトランジスタゲートを定義するための前記過
程に於けるマスクパターン間の間隔はフォトリソグラフ
ィー工程限界まで形成できることを特徴とする請求項6
に記載の半導体メモリ装置の製造方法。 - 【請求項12】 前記ストリッジトランジスタゲート
領域に選択的にN型不純物をイオン注入する工程後、熱
処理工程を行ない深い接合を形成する工程を更に含むこ
とを特徴とする請求項6に記載の半導体メモリ装置の製
造方法。
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JPH06112501A true JPH06112501A (ja) | 1994-04-22 |
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Family Applications (1)
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