JPH06244434A - 不揮発性記憶装置及びその製造方法 - Google Patents

不揮発性記憶装置及びその製造方法

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JPH06244434A
JPH06244434A JP5029452A JP2945293A JPH06244434A JP H06244434 A JPH06244434 A JP H06244434A JP 5029452 A JP5029452 A JP 5029452A JP 2945293 A JP2945293 A JP 2945293A JP H06244434 A JPH06244434 A JP H06244434A
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JP
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oxide film
buried
column direction
along
gate
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JP5029452A
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Takanori Ozawa
孝典 小澤
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Rohm Co Ltd
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Rohm Co Ltd
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10BELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B41/00Electrically erasable-and-programmable ROM [EEPROM] devices comprising floating gates
    • H10B41/10Electrically erasable-and-programmable ROM [EEPROM] devices comprising floating gates characterised by the top-view layout
    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10BELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B69/00Erasable-and-programmable ROM [EPROM] devices not provided for in groups H10B41/00 - H10B63/00, e.g. ultraviolet erasable-and-programmable ROM [UVEPROM] devices

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  • Semiconductor Memories (AREA)
  • Non-Volatile Memory (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】半導体基板上にメモリトランジスタからなるメ
モリセルが、行方向及び列方向に沿ってマトリクス状に
配列形成されている不揮発性記憶装置において、セル面
積を小さくし、かつ消費電力を低減する。 【構成】メモリトランジスタをチャネル領域361,362 の
一部領域上にONO膜371,372 を形成したMONOS構
造とする。列方向に配列するメモリセルで供給するソー
スラインSL1,SL2 及びドレインラインDL1,DL2 となる埋
め込み不純物拡散層341,342 及び351,352 を列方向に沿
って形成し、ソースラインSL1,SL2 及びドレインライン
DL1,DL2 がビット毎に独立にした埋め込みビットライン
型のセルアレイ構造とする。情報の書き換えに際して
は、選択メモリセルのワードライン並びにソースライン
及びドレインラインに対してそれぞれ所定の電圧を印加
し、選択メモリセル内のメモリトランジスタにおいて、
ゲートと基板との間にFNトンネル電流を発生させ、チ
ャネル領域で発生した電荷をONO膜に注入する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、EEPROM(Electrically
Erasable Progrmmable Read On Memory)、フラッシュEE
PROM等の、半導体基板上に、電荷を注入したり、取り出
したりすることで情報の記憶を行う、メモリトランジス
タからなる複数のメモリセルが、行方向及び列方向に沿
ってマトリクス状に配列形成されている不揮発性記憶装
置及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、EEPROM(Electrically Erasab
le Progrmmable Read On Memory)、フラッシュEEPROM等
の不揮発性記憶装置が種々提案されている。この種の不
揮発性記憶装置は、半導体基板上に、電荷を注入した
り、取り出したりすることで情報の記憶を行う、メモリ
トランジスタからなる複数のメモリセルが、行方向及び
列方向に沿ってマトリクス状に配列形成されている。
【0003】図17に、上記不揮発性記憶装置に利用さ
れるメモリトランジスタの一例を示す。図17に示すメ
モリトランジスタMTr1は、いわゆるMONOS(met
al-oxide-nitride-oxide-silicon) 構造を有している。
すなわち、メモリトランジスタMTr1は、N型シリコ
ン基板1と、シリコン基板1上に形成されたP−ウェル
2と、ウェル2の表面層に所定の間隔をあけて形成され
たN型ソース領域3及びN型ドレイン領域4と、ソース
領域3及びドレイン領域4で挟まれるように生じるチャ
ネル領域5の予め定める一部領域上に形成されたゲート
酸化膜6と、ゲート酸化膜6上に形成されたアドレスゲ
ート7と、ゲート酸化膜6が形成されている一部領域を
除くチャネル領域5上に、アドレスゲート7の一部をオ
バーラップする状態で形成され、チャネル領域5で発生
した電荷を蓄積するONO(oxide-nitride-oxide) 膜8
と、ONO膜8上に、アドレスゲート7の一部をオバー
ラップする状態で形成されたメモリーゲート9とを備え
ている。なお、図中10は層間絶縁膜、BLはビットラ
インである。
【0004】N型ソース領域3及びN型ドレイン領域4
は、いわゆるLDD(light doped drain) 構造を有して
いる。すなわち、ソース領域3及びドレイン領域4は、
+型不純物イオン拡散層3a,4aと、不純物イオン
拡散層3a,4aの端部に接合したN- 型LDDイオン
拡散層3b,4bとからなる。図18に、上記MONO
S構造を有するメモリトランジスタを備えた不揮発性記
憶装置の等価回路図を示す。この不揮発性記憶装置M1
は、図18の如く、メモリセルMC11,MC12,M
C13,MC14が行方向X及び列方向Yに沿ってマト
リクス状に配列されている。各メモリセルMC11,M
C12,MC13,MC14は、図17に示したメモリ
トランジスタMTr11,MTr12,MTr13,M
Tr14からなる。
【0005】行方向Xに沿って配列されているメモリセ
ルMC11,MC12内のメモリトランジスタMTr1
1,MTr12のアドレスゲートにアドレスラインAL
1が接続され、メモリゲートにワードラインWL1が接
続されている。同様に、行方向Xに沿って配列されてい
るメモリセルMC13,MC14内のメモリトランジス
タMTr13,MTr14のアドレスゲートにアドレス
ラインAL2が接続され、メモリゲートにワードライン
WL2が接続されている。
【0006】また、行方向Xに沿って配列されているメ
モリセルMC11,MC12内のメモリトランジスタM
Tr11,MTr12のソース同士が直列に接続されて
いる。同様に、行方向Xに沿って配列されているメモリ
セルMC13,MC14内のメモリトランジスタMTr
13,MTr14のソース同士が直列に接続されてい
る。そして、メモリトランジスタMTr11,MTr1
2の接続中間点及びメモリトランジスタMTr13,M
Tr14の接続中間点に、ソースラインが接続されてい
る。つまり、各メモリトランジスタMTr11,MTr
12,MTr13,MTr14のソースが共通接続され
ている。さらに、ソースラインに、行方向Xに沿って配
列されている、メモリセルMC11,MC12内のメモ
リトランジスタMTr11,MTr12及びメモリセル
MC13,MC14内のメモリトランジスタMTr1
3,MTr14のP−ウェルが接続されている。つま
り、各メモリトランジスタMTr11,MTr12,M
Tr13,MTr14のP−ウェルは、ソースと同様、
共通接続されている。以下、このラインを共通ソース/
PウェルラインCS/PWと呼ぶ。
【0007】列方向に沿って配列されているメモリセル
MC11,MC13内のメモリトランジスタMTr1
1,MTr13のドレインにビットラインBL1が接続
されている。同様に、列方向に沿って配列されているメ
モリセルMC12,MC14内のメモリトランジスタM
Tr12,MTr14のドレインにビットラインBL2
が接続されている。
【0008】図18及び表1を参照しつつ、上記不揮発
性記憶装置M1における情報の書き込み、消去及び読み
出しの各動作について説明する。なお、表1において
は、情報の書き込み、読み出しに際し、図18に示すメ
モリセルMC11を選択した場合を想定している。
【0009】
【表1】
【0010】情報の書き込み(WRITE)/消去(E
RASE)、すなわち情報の書き換えに際しては、表1
から明らかなように、常時アドレスラインAL1,AL
2に対してプログラム電圧(VPP)−4Vが印加され
る。 <書き込み(WRITE)>情報の書き込みを行うに
は、ワードラインWL2に対して−4Vを印加し、ビッ
トラインBL2に5Vを印加しておく。この状態で、選
択メモリセルMC11に接続されているワードラインW
L1に対して5Vを印加し、選択メモリセルMC11に
接続されているビットラインBL1及び共通ソース/P
ウェルラインCS/PWに−4Vを印加する。
【0011】そうすると、選択メモリセルMC11内の
メモリトランジスタMTr11においては、メモリーゲ
ート−Pウェル間でFN(Fowler-Nordheim) トンネル電
流が発生する。このFNトンネル電流によって、チャネ
ルエレクトロンがONO膜に注入される。 <消去(ERASE)>情報の消去は、ワードライン毎
に行われる。つまり、ワードラインWL2に対して5V
を印加しておく。この状態で、ワードラインWL1に対
して−4Vを印加し、ビットラインBL1,BL2及び
共通ソース/PウェルラインCS/PWに5Vを印加す
る。
【0012】そうすると、ワードラインWL1に接続し
ているメモリセルMC11,MC12内のメモリトラン
ジスタMTr11,MTr12においては、メモリゲー
ト−Pウェル間に書き込み時とは逆のバイアスがかか
り、書き込み時とは逆向のFNトンネル電流が発生す
る。このFNトンネル電流によって、ONO膜に蓄積さ
れているエレクトロンがPウェル側に引き抜かれると共
に、ホールがONO膜に注入される。 <読み出し(READ)>情報の消去を行うには、アド
レスラインAL2に対して0Vを印加し、共通ソース/
PウェルラインCS/PWに対して0Vを印加し、ビッ
トラインBL2を開放(OPEN)状態としておく。この状態
で、ワードラインWL1,WL2に対して0Vを印加
し、選択メモリセルMC11が接続されているアドレス
ラインAL1に対して5Vを印加すると共に、選択メモ
リセルMC11が接続されているビットラインBL1を
図示しないセンスアンプ(SA)に接続する。そして、
センスアンプによって、選択メモリセルMC11内に流
れる電流を検出することで、選択メモリセルMC11に
記憶されている情報を読み出すことができる。
【0013】また、図19に示すようなメモリトランジ
スタも提案されている。図19に示すメモリトランジス
タMTr2は、フローティングゲートタイプと呼ばれる
ものである。すなわち、メモリトランジスタMTr2
は、P- 型シリコン基板11の表面層に厚く形成された
フィールド酸化膜12と、シリコン基板11の表面層に
おいて、フィールド酸化膜12の側部に接続すると共
に、フィールド酸化膜12よりも相対的に薄く形成され
た第1の埋め込み酸化膜13及び第2の埋め込み酸化膜
14と、第1の埋め込み酸化膜13の直下に形成され、
ソース領域となり、かつトランジスタ形成領域上でコン
タクトをとらずにソースラインとなっている第1のN+
型埋め込み不純物拡散層15と、第2の埋め込み酸化膜
14の直下に形成され、ドレイン領域となり、かつトラ
ンジスタ形成領域上でコンタクトをとらずにドレインラ
インとなっている第2のN+ 型埋め込み不純物拡散層1
6と、埋め込み不純物拡散層15及び16で挟まれるよ
うに生じるチャネル領域17の予め定める一部領域上に
おいて、周囲を絶縁膜18で囲まれ外部との接続がない
状態で形成され、チャネル領域17で発生した電荷を蓄
積するフローティングゲート19と、フローティングゲ
ート19上に形成され、ワードラインとなっているコン
トロールゲート20と備えている。
【0014】図20に、上記フローティングゲートタイ
プのメモリトランジスタを利用した不揮発性記憶装置の
等価回路図を示す。この不揮発性記憶装置M2は、図1
9に示すメモリトランジスタMTr21,MTr22,
MTr23,MTr24からなる各メモリセルMC2
1,MC22,MC23,MC24が行方向X及び列方
向Yに沿ってマトリクス状に配列されている。
【0015】ワードラインWL1は、行方向Xに沿って
配列するメモリセルMC21,MC22で共有されてい
る。同様に、ワードラインWL2は、行方向Xに沿って
配列するメモリセルMC23,MC24で共有されてい
る。ソースラインSL1及びドレインラインDL1は、
列方向Yに沿って配列するメモリセルMC21,MC2
3で共有されてている。同様に、ソースラインSL1及
びドレインラインDL1は、列方向Yに沿って配列する
メモリセルMC21,MC23で共有されている。
【0016】図20及び表2を参照しつつ、上記不揮発
性記憶装置M2における情報の書き込み、消去及び読み
出しの各動作について説明する。なお、表2は、情報の
書き込みに際し、図21に示すメモリセルMC23を選
択した場合を想定している。
【0017】
【表2】
【0018】<書き込み(WRITE)>メモリセルM
C23に情報の書き込みを行う際には、ワードラインW
L1及びソースラインSL2に対して7Vを印加し、ド
レインラインDL1,DL2をフローティング(floatin
g)状態としておき、ワードラインWL2に対して18V
を印加し、ソースラインSL1に対して0Vを印加す
る。そうすると、選択メモリセルMC23内のメモリト
ランジスタMTr23において、ゲート−基板間にFN
トンネル電流が発生し、このFNトンネル電流によって
チャネルエレクトロンがフローティングゲートに注入さ
れる。 <消去(ERASE)>情報の消去は、一括して行われ
る。つまり、ドレインラインDL1,DL2をフローテ
ィング状態としておき、ワードラインWL1,WL2に
対して−11Vを印加し、ソースラインSL1,SL2
に対して5Vを印加する。そうすると、各メモリセル内
のメモリトランジスタにおいて、ゲート−基板間に書き
込み時とは逆のFNトンネル電流が発生し、このFNト
ンネル電流によって、フローティングゲートに蓄積され
ているエレクトロンが基板側に引き抜かれる共に、ホー
ルがフローティングゲートに注入される。 <読み出し(READ)>情報の読み出しは、ワードラ
イン毎に行われる。つまり、ワードラインWL1に対し
て0Vを印加し、ソースラインSL1,SL2に対して
0Vを印加しておき、ワードラインWL2に対して3V
を印加し、ドレインラインDL1,DL2に対して1V
を印加する。そして、図示しないセンスアンプにより、
ワードラインWL2を共有しているメモリセルMC2
3,MC24内に流れる電流を検出することで、メモリ
セルMC23,MC24に記憶されている情報を読み出
すことができる。
【0019】
【発明が解決しようとする課題】図18に示した不揮発
性記憶装置M1では、図17に示したMONOS構造を
有するメモリトランジスタからなるメモリセルをマトリ
クス状に配列し、情報の書き換えに際しては、選択メモ
リセル内のMONOSトランジスタにおいて、FNトン
ネル電流を発生させ、このFNトンネル電流によって電
荷をONO膜に注入することで達成している。そのた
め、消費電力を低減することができる。しかしながら、
電荷の注入及び取り出しが行われるMONOSトランジ
スタは、アドレスゲート及びメモリゲートを持つ、いわ
ゆるスプリットゲート構造を有している。そのため、各
メモリセルは、2トランジスタ/1 セルに酷似した構成
を有することとなり、セル面積が大きくなって、高集積
化には不利となっている。
【0020】一方、図20に示した不揮発性記憶装置M
2では、図19に示したフローティングゲートタイプの
メモリトランジスタからなるメモリセルをマトリクス状
に配列しているので、各メモリセルは、1トランジスタ
/1セル構造を有している。また、ソースライン及びド
レインラインを、各トランジスタ形成領域でコンタクト
をとらない埋め込みラインとしている。そのため、セル
面積を縮小することができる。しかしながら、フローテ
ィングゲートタイプのメモリトランジスタは、ポリシリ
コンからなる2層のゲート、すなわちフローティングゲ
ートとコントロールゲートとを有しているので、比較的
製造プロセスが複雑となっている。というのは、フロー
ティングゲート−コントロールゲート、フローティング
ゲート−ソース、フローティングゲート−ドレイン、及
びフローティングゲート−基板間の各容量をそれぞれ所
望の値に調整するための、フローティングゲートとコン
トロールゲートとの重なり合う面積比(カップリング
比)の合わせ込みが難しいからである。また、FNトン
ネル電流により、電荷をポリシリコンからなるフローテ
ィングゲートに注入することで、情報の書き換えを行っ
ているため、動作上高電圧を必要とし、消費電力が大き
くなっている。
【0021】本発明は、上記に鑑み、セル面積が小さ
く、消費電力を低減することができ、製造プロセスが簡
単となる不揮発性記憶装置及びその製造方法の提供を目
的とする。
【0022】
【課題を解決するための手段】本発明請求項1による課
題解決手段は、予め定められた第1の導電型式をした半
導体基板上に、電荷を注入したり、取り出したりするこ
とで情報の記憶を行う、メモリトランジスタからなる複
数のメモリセルが、行方向及び列方向に沿ってマトリク
ス状に配列形成されている不揮発性記憶装置であって、
上記半導体基板の表面層に、列方向に沿ってかつ行方向
に所定の間隔をあけて厚く形成された複数のフィールド
酸化膜、上記各フィールド酸化膜の一方側部に接続され
ていると共に、列方向に沿って、フィールド酸化膜より
も相対的に薄く形成された第1の埋め込み酸化膜、上記
各フィールド酸化膜の他方側部に接続されていると共
に、列方向に沿ってかつ第1の埋め込み酸化膜と所定の
間隔をあけて、フィールド酸化膜よりも相対的に薄く形
成された第2の埋め込み酸化膜、上記各第1の埋め込み
酸化膜の直下に、列方向に沿って形成され、各メモリト
ランジスタのソース領域となり、かつ列方向に沿って配
列するメモリセルで共有されたソースラインとなってい
る、上記第1の導電型式とは反対の第2の導電型式をし
た第1の埋め込み不純物拡散層、上記各第2の埋め込み
酸化膜の直下に、列方向に沿って形成され、各メモリト
ランジスタのドレイン領域となり、かつ列方向に沿って
配列するメモリセルで共有されたドレインラインとなっ
ている、上記第1の導電型式とは反対の第2の導電型式
をした第2の埋め込み不純物拡散層、上記各メモリトラ
ンジスタのソース領域及びドレイン領域で挟まれるよう
に生じる各チャネル領域の、予め定める一部領域上に形
成され、各チャネル領域で発生した電荷を蓄積する、窒
化膜を含む電荷蓄積層、上記各チャネル領域の予め定め
る一部領域を除く領域上に形成されたゲート酸化膜、並
びに上記各電荷蓄積層上に行方向に沿って形成され、行
方向に沿って配列するメモリセルで共有されたワードラ
インとなっているゲートを含むものである。
【0023】請求項2による課題解決手段は、予め定め
られた第1の導電型式をした半導体基板上に、電荷を注
入したり、取り出したりすることで情報の記憶を行う、
メモリトランジスタからなる複数のメモリセルが、行方
向及び列方向に沿ってマトリクス状に配列形成されてい
る不揮発性記憶装置であって、上記半導体基板の表面層
に、列方向に沿ってかつ行方向に所定の間隔をあけて厚
く形成された複数のフィールド酸化膜、上記半導体基板
の表面層において、各フィールド酸化膜の一方側部に接
続すると共に、列方向に沿ってかつ行方向に所定の間隔
をあけて、フィールド酸化膜よりも相対的に薄く形成さ
れた第1の埋め込み酸化膜、上記半導体基板の表面層に
おいて、各フィールド酸化膜の他方側部に接続すると共
に、列方向に沿ってかつ第1の埋め込み酸化膜と所定の
間隔をあけて、フィールド酸化膜よりも相対的に薄く形
成された第2の埋め込み酸化膜、上記各第1の埋め込み
酸化膜の直下に、列方向に沿って形成され、各メモリト
ランシタのソース領域となり、かつ列方向に沿って配列
するメモリセルで共有されたソースラインとなってい
る、上記第1の導電型式とは反対の第2の導電型式をし
た第1の埋め込み不純物拡散層、上記各第2の埋め込み
酸化膜の直下に、列方向に沿って形成され、各メモリト
ランジスタのドレイン領域となり、かつ列方向に沿って
配列するメモリセルで共有されたドレインラインとなっ
ている、上記第1の導電型式とは反対の第2の導電型式
をした第2の埋め込み不純物拡散層、上記各第1の埋め
込み酸化膜に開口されたコンタクトホールを通して、各
第1の埋め込み不純物拡散層に接触するように形成され
た、第1の埋め込み不純物拡散層の拡散抵抗を低下させ
るための第1の配線層、上記各第2の埋め込み酸化膜に
開口されたコンタクトホールを通して、各第2の埋め込
み不純物拡散層に接触するように形成された、第2の埋
め込み不純物拡散層の拡散抵抗を低下させるための第2
の配線層、上記各メモリトランジスタのソース領域及び
ドレイン領域で挟まれるように生じる各チャネル領域
の、予め定める一部領域上に形成され、各チャネル領域
で発生した電荷を蓄積する、窒化膜を含む電荷蓄積層、
上記各チャネル領域の予め定める一部領域を除く領域上
に形成されたゲート酸化膜、並びに上記各電荷蓄積層上
に、各配線層と絶縁状態で行方向に沿って形成され、行
方向に沿って配列するメモリセルで共有されたワードラ
インとなっているゲートを含むものである。
【0024】請求項3による課題解決手段は、請求項1
又は2記載の不揮発性記憶装置において、情報の書き込
み時に、選択メモリセルのワードライン並びにソースラ
イン及びドレインラインに対してそれぞれ所定の電圧を
印加し、当該選択メモリセル内のメモリトランジスタに
おいて、ゲートと基板との間にFNトンネル電流を発生
させ、チャネル領域で発生した電荷を電荷蓄積層に注入
し、選択されたメモリセルとワードラインを共有してい
る非選択メモリセルのソースライン及びドレインライン
に対して書込禁止電圧を印加し、当該非選択メモリセル
内のメモリトランジスタにおいて、FNトンネル電流が
発生するのを防止し、電荷が電荷蓄積層に注入されない
ようにする書込手段、情報の消去時に、選択メモリセル
のワードライン並びにソースライン及びドレインライン
に対してそれぞれ所定の電圧を印加し、選択メモリセル
内のメモリトランジスタにおいて、ゲートと基板との間
で書き込み時とは逆方向のFNトンネル電流を発生さ
せ、電荷蓄積層に蓄積されている電荷を引抜くと共に、
書き込み時とは極性の異なる電荷を電荷蓄積層に注入す
る消去手段、並びに情報の読み出し時に、選択メモリセ
ルのソースラインを接地電位としておき、選択メモリセ
ルのワードラインに対して読出電圧を印加し、選択メモ
リセルのドレインラインに対して、セル電流を発生し得
るセンス電圧を印加する読出手段をさらに含むものであ
る。
【0025】請求項4による課題解決手段は、請求項2
記載の不揮発性記憶装置を製造するための方法であっ
て、熱酸化により、予め定める第1の導電型式をした半
導体基板上に第1のパッド酸化膜を形成し、LOCOS
法により、半導体基板の表面層に、列方向に沿ってかつ
行方向に所定の間隔をあけて複数のフィールド酸化膜を
ストライプ状に形成する工程、上記第1のパッド酸化膜
を除去し、半導体基板の一部表面を露出させた後、改め
て熱酸化を行い、半導体基板の露出面上にパッド酸化膜
を形成し、さらにこのパッド酸化膜上に、ダミーゲート
を列方向に沿ってかつ所定の間隔をあけてストライプ状
に形成する工程、上記ダミーゲートをマスクとして、上
記第1の導電型式とは反対の第2の導電型式をした不純
物イオンを注入する工程、LOCOS法により、上記各
フィールド酸化膜の両側部に接続すると共に、列方向に
沿って、第1埋め込み酸化膜及び第2埋め込み酸化膜を
それぞれ所定の間隔をあけてフィールド酸化膜よりも相
対的に薄く形成すると同時に、各第1埋め込み酸化膜の
直下に第1の不純物拡散層を、各第2埋め込み酸化膜の
直下に第2の不純物拡散層をそれぞれ列方向に沿って自
己整合的に形成する工程、上記各第1の埋め込み酸化膜
及び各第2の埋め込み酸化膜にコンタクトホールをそれ
ぞれ開口し、各コンタクトホールを通して各第1の埋め
込み不純物拡散層及び各第2の埋め込み不純物拡散層に
接触するように、第1の埋め込み不純物拡散層及び第2
の埋め込み不純物拡散層の拡散抵抗を低下させるための
第1の配線層及び第2の配線層を形成する工程、上記ダ
ミーゲート及び第2のパッド酸化膜を除去し、半導体基
板の一部表面を露出させた後、全面に窒化膜を含む電荷
蓄積層を形成するする工程、上記各配線層上の電荷蓄積
膜の窒化膜を除去し、各配線層を選択的に酸化する工
程、上記各電荷蓄積層の予め定める一部領域を残して除
去し、半導体基板の表面を露出させた後、熱酸化によ
り、半導体基板の露出面上にゲート酸化膜を形成する工
程、並びに上記各電荷蓄積層上に、ゲートを行方向に沿
って形成する工程を含むものである。
【0026】
【作用】上記請求項1による課題解決手段において、第
1のN+ 型埋め込み不純物拡散層を第1の埋め込み酸化
膜の直下に列方向に沿って形成してソースラインとし、
第2のN+ 型埋め込み不純物拡散層を第1の埋め込み酸
化膜の直下に列方向Yに沿って形成してドレインライン
としているので、ソースライン及びドレインラインをそ
れぞれビット毎に独立にした埋め込みビットライン型の
セルアレイとなる。そのため、トランジスタ形成領域で
ソースライン及びドレインラインのコンタクトをとらな
いで済み、コンタクトマージンが不要となる。よって、
セル面積を縮小することができる。
【0027】さらに、窒化膜を含む電荷蓄積層としてい
るから、フローティングタイプのように、フローティン
グとコントロールゲートとのカップリングを考慮する必
要もないので、製造プロセスが簡単となる。請求項2に
よる課題解決手段では、ソースライン及びドレインライ
ンとなっている埋め込み不純物拡散層に、配線層を接触
させているので、埋め込み不純物拡散層の拡散抵抗が低
下し、消費電力の低減に繋がる。
【0028】請求項3による課題解決手段において、ゲ
ートと基板との間のFNトンネル電流により電荷をON
O膜に注入したり、取り出したりすることで、情報の書
き換えが行えるため、情報の書き換えの際に係る動作電
圧を低く抑えることができる。よって、消費電力の低減
が可能となる。また、情報の読み出しに際しては、ON
O膜をチャネル領域の予め定める一部領域に形成してい
るため、ゲート酸化膜直下の半導体基板の表面が反転す
るか否かで、メモリトランジスタの導通/非導通が決定
される。そのため、読出電圧のばらつきがなくなる。
【0029】請求項4による課題解決手段では、窒化膜
が酸化されにくいことを利用して、ポリシリコン配線層
上の窒化膜をエッチング除去し、配線層を選択的に酸化
しているので、配線層上に厚い絶縁膜を形成することが
でき、配線層とゲートとを層間絶縁膜なしで絶縁するこ
とができる。
【0030】
【実施例】以下、本発明の第1実施例をを図1ないし図
10に基づき詳述する。図1は本発明の第1実施例に係
る不揮発性記憶装置のパッシベーション膜を剥がした状
態を示す平面図、図2は図1のI−I断面図である。図
1及び図2を参照しつつ、本実施例に係る不揮発性記憶
装置M3の構成について説明する。
【0031】不揮発性記憶装置M3は、単一のP型シリ
コン基板30上に、電荷を注入したり、取り出したりす
ることで情報の記憶を行う、MONOS構造を有するメ
モリトランジスタMTr31,MTr32,MTr3
3,MTr34からなる複数のメモリセルMC31,M
C32,MC33,MC34が、行方向X及び列方向Y
に沿ってマトリクス状に配列形成されている。
【0032】シリコン基板30の表面層には、列方向Y
に沿って配列するメモリセルMC31,MC33とMC
32,MC34とを素子分離する複数のフィールド酸化
膜311,312,313が、列方向Yに沿ってかつ行
方向Xに所定の間隔をあけて厚く形成されている。フィ
ールド酸化膜311,312,313は、SiO2 から
なり、膜厚は6500Å程度に設定されている。
【0033】図において左端のフィールド酸化膜311
の一方側側部には、第1の埋め込み酸化膜321が接続
されている。同様に、中央のフィールド酸化膜312の
一方側側部には、第1の埋め込み酸化膜322が接続さ
れている。第1の埋め込み酸化膜321,322は、列
方向Yに沿って、フィールド酸化膜313,312,3
13よりも相対的に薄く形成されている。また、中央の
フィールド酸化膜312の他方側側部は、第2の埋め込
み酸化膜331が接続されている。右端のフィールド酸
化膜313の他方側側部は、第2の埋め込み酸化膜33
2が接続されている。第2の埋め込み酸化膜331,3
32は、列方向Yに沿ってかつ第1の埋め込み酸化膜3
21,322と所定の間隔をあけて、フィールド酸化膜
313,312,313よりも相対的に薄く形成されて
いる。埋め込み酸化膜321,322及び331,33
2は、SiO2 からなり、膜厚は3000Å程度に設定
されている。
【0034】第1の埋め込み酸化膜321の直下には、
メモリトランジスタMTr31,MTr33のソース領
域となり、かつ列方向Yに沿って配列するメモリセルM
C31,MC33で共有されたソースラインSL1とな
っている第1のN+ 型埋め込み不純物拡散層341が、
列方向Yに沿って形成されている。同様に、第1の埋め
込み酸化膜322の直下には、メモリトランジスタMT
r32,MTr34のソース領域となり、かつ列方向Y
に沿って配列するメモリセルMC32,MC34で共有
されたソースラインSL2となっている第1のN+ 型埋
め込み不純物拡散層342が、列方向Yに沿って形成さ
れている。つまり、第1のN+ 型埋め込み不純物拡散層
341,342は、トランジスタ形成領域でコンタクト
をとることなく、列方向Yに沿って配列するメモリセル
MC31,MC33及びMC32,MC34のソースラ
インSL1,SL2となっている。
【0035】第2の埋め込み酸化膜331の直下には、
メモリトランジスタMTr31,MTr33のドレイン
領域となり、かつ列方向Yに沿って配列するメモリセル
MC31,MC33で共有されたドレインラインDL1
となっている第2のN+ 型埋め込み不純物拡散層351
が、列方向Yに沿って形成されている。同様に、第2の
埋め込み酸化膜332の直下には、メモリトランジスタ
MTr32,MTr34のドレイン領域となり、かつ列
方向Yに沿って配列するメモリセルMC32,MC34
で共有されたドレインラインDL2となっている第2の
+ 型埋め込み不純物拡散層352が、列方向Yに沿っ
て形成されている。つまり、第1のN+型埋め込み不純
物拡散層351,352は、トランジスタ形成領域でコ
ンタクトをとることなく、列方向Yに沿って配列するメ
モリセルMC31,MC33及びMC32,MC34の
ドレインラインDL1,DL2となっている。
【0036】行方向Xに沿って配列するメモリセルMC
31,MC32内のメモリトランジスタMTr31,M
Tr32における、ソース領域及びドレイン領域で挟ま
れるように生じるチャネル領域361,362の予め定
める一部領域上には、図2の如く、チャネル領域36
1,362で発生した電荷を蓄積するONO膜371,
372が形成されている。また、図示していないが、行
方向Xに沿って配列するメモリセルMC33,MC34
内のメモリトランジスタMTr33,MTr34におけ
るチャネル領域の予め定める一部領域上にも、チャネル
領域で発生した電荷を蓄積するONO膜が形成されてい
る。ONO膜は、従来公知の構造を有している。つま
り、ONO膜は、電荷をトラップするトラップ窒化膜
を、電荷をトラップ窒化膜にトンネルさせ得るボトム酸
化膜及び電荷をトラップ窒化膜に長時間閉じ込めておく
ためのトップ酸化膜でサンドイッチした構造を有してい
る。ボトム酸化膜は、SiO2 からなり、膜厚は20Å
程度に設定され、トラップ窒化膜は、Si3 4 からな
り、膜厚は80Å程度に設定され、トップ酸化膜は、S
iO2 からなり、膜厚は50Å程度に設定されている。
なお、図2においては、ONO膜をチャネル領域のドレ
イン領域側に配置しているが、ONO膜をチャネル領域
のソース領域側に配置してもよく、あるいはソース領域
及びドレイン領域と所定の間隔をあけた状態でチャネル
領域の中央に配置してもよい。
【0037】行方向Xに沿って配列するメモリトランジ
スタMTr31,MTr32のチャネル領域361,3
62の上記予め定める一部領域を除く領域上には、図2
の如く、ゲート酸化膜381,382が形成されてい
る。また、図示していないが、行方向Xに沿って配列す
るメモリトランジスタMTr33,MTr34のチャネ
ル領域の上記予め定める一部領域を除く領域上にも、ゲ
ート酸化膜が形成されている。ゲート酸化膜SiO2
らなり、膜厚は100Å程度に設定されている。
【0038】行方向Xに沿って配列するメモリトランジ
スタMTr31,MTr32のONO膜371,372
上には、図2の如く、行方向Xに沿って配列するメモリ
セルMC31,MC32で共有されたワードラインWL
1となっているゲート391が、行方向に沿って形成さ
れている。同様に、行方向Xに沿って配列するメモリト
ランジスタMTr33,MTr34のONO膜上には、
図1の如く、行方向Xに沿って配列するメモリセルMC
33,MC34で共有されたワードラインWL2となっ
ているゲート392が、行方向に沿って形成されてい
る。ゲート391,392は、Pを高濃度にドープして
低抵抗化したポリシリコンからなる。
【0039】上記不揮発性記憶装置M3においては、第
1のN+ 型埋め込み不純物拡散層341,342を第1
の埋め込み酸化膜321,322の直下に列方向Yに沿
って形成してソースラインSL1,SL2とし、第2の
+ 型埋め込み不純物拡散層351,352を第1の埋
め込み酸化膜331,332の直下に列方向Yに沿って
形成してドレインラインDL1,DL2としている。つ
まり、ソースラインSL1,SL2及びドレインライン
DL1,DL2をそれぞれビット毎に独立にした埋め込
みビットライン型のセルアレイとしているため、トラン
ジスタ形成領域でソースラインSL1,SL2及びドレ
インラインDL1,DL2のコンタクトをとらないで済
み、コンタクトマージンが不要となる。よって、セル面
積を縮小することができる。
【0040】さらに、電荷蓄積層としてONO膜を形成
しているから、フローティングタイプのように、フロー
ティングとコントロールゲートとのカップリングを考慮
する必要もないので、製造プロセスが簡単となる。図7
ないし図10は不揮発性記憶装置の製造方法を工程順に
示す概略断面図である。なお、図7ないし図10におい
ては、説明の便宜上、1メモリセルのみを示している。
図7ないし図10を参照しつつ、上記不揮発性記憶装置
M3の製造方法について説明する。
【0041】まず、フィールド酸化膜を形成する。すな
わち、図7(a)に示すように、P型シリコン基板30
を900〜1000℃で熱酸化し、1000Å程度のパ
ッド酸化膜40を形成し、次いでCVD(chemical vapo
r deposition) 法により、パッド酸化膜40上に窒化シ
リコン(Si3 4 )膜41を1000Å程度形成す
る。この窒化シリコン膜41上に、列方向Yに沿ってか
つ行方向Xに所定の間隔をあけてレジストパターン42
をストライプ状に形成する。このレジストパターン42
がこれからトランジスタを形成する領域を規定する領域
となる。その後、レジストパターン42からはみ出た窒
化シリコン膜41をエッチング除去する。この時点で、
レジストパターン42は用済みとなるので、レジストパ
ターン42を取り除く。次に、シリコン基板30を約1
000℃の水蒸気(H2 O)雰囲気で所定時間酸化す
る。そうすると、図7(b)に示すように、窒化シリコ
ン膜41で覆われていない部分のシリコン表面に650
0Å程度のSiO2 膜が成長する。その結果、フィール
ド酸化膜31が、列方向Yに沿ってかつ行方向Xに所定
の間隔をあけてストライプ状に形成される。
【0042】フィールド酸化膜形成工程が終了すると、
埋め込み酸化膜及び埋め込み不純物拡散層を形成する。
すなわち、図7(b)に示すように、上記フィールド酸
化膜形成工程で使用した窒化シリコン膜41、パッド酸
化膜40をエッチング除去し、シリコン基板30の表面
を露出させる。この状態で、図7(c)に示すように、
改めて熱酸化を行い、シリコン基板30上にパッド酸化
膜43を1000Å程度形成する。次いでCVD法によ
り、パッド酸化膜43上に窒化シリコン膜44を100
0Å程度形成する。この窒化シリコン膜44上に、上記
フィールド酸化膜形成工程で使用したレジストパターン
42よりも小幅の、ダミーゲートとして用いるレジスト
パターン45を列方向Yに沿ってストライプ状に形成す
る。その後、レジストパターン45からはみ出た窒化シ
リコン膜44をエッチング除去する。次に、図8(a)
に示すように、ダミーゲートとして用いるレジストパタ
ーン45をマスクとして、Bをイオン注入する。この時
点で、レジストパターン45は用済みとなるので、レジ
ストパターン45を取り除く。つづいて、シリコン基板
30を約1000℃の水蒸気(H2 O)雰囲気で所定時
間酸化する。そうすると、図8(b)に示すように、窒
化シリコン膜44で覆われていない部分のシリコン表面
に3000Å程度のSiO2 膜が成長する。その結果、
埋め込み酸化膜32,33が、フィールド酸化膜31が
のバーズビークに接続すると共に、互いに所定の間隔を
あけて列方向Yに沿って形成される。このとき同時に、
埋め込み酸化膜32,33直下に、N+ 型埋め込み不純
物拡散層34,35が自己整合的に形成される。
【0043】埋め込み酸化膜及び埋め込み不純物拡散層
の形成工程が終了すると、ONO膜及びゲート酸化膜を
形成する。すなわち、図8(c)に示すように、上記埋
め込み酸化膜及び埋め込み不純物拡散層の形成工程で使
用した窒化シリコン膜44、パッド酸化膜43をエッチ
ング除去し、シリコン基板30の表面を露出させる。そ
して、従来公知の方法により、図9(a)に示すよう
に、全面に、SiO2 からなるボトム酸化膜(約20
Å)、Si3 4 からなるトラップ窒化膜(約80Å)
及びSiO2 からなるトップ酸化膜(約50Å)を順次
積層してONO膜37を形成する。次いで、図9(b)
に示すように、ONO膜37の予め定める領域上にレジ
スト46を塗布して、チャネル領域上にあるONO膜3
7の一部をエッチング除去し、シリコン基板30の表面
を露出させる。つづいて、シリコン表面の露出したシリ
コン基板30を900〜1000℃で熱酸化を行う。そ
うすると、図9(c)に示すように、シリコン基板30
の表面にSiO2 膜が100Å程度成長し、ゲート酸化
膜38が形成される。
【0044】ONO膜及びゲート酸化膜の形成工程が終
了すると、ゲートを形成する。すなわち、図9(c)に
示すように、ゲート酸化に用いたレジスト46を取り除
く。そして、図10(a)に示すように、全面にポリシ
リコンを堆積させ、堆積したポリシリコンを行方向に沿
ってストライプ状にパターニングする。そうすると、図
10(a)に示すように、ゲート39が行方向に沿って
形成される。
【0045】ゲート形成工程が終了すると、パッシベー
ション膜を形成する。すなわち、図10(b)に示すよ
うに、全面にPSGを堆積させて、パッシベーション膜
47を形成する。上記のように、LOCOS法により、
シリコン基板30の表面層に、列方向に沿ってかつ行方
向に所定の間隔をあけてフィールド酸化膜31をストラ
イプ状に形成してから、列方向に沿ってストライプ状に
形成された、ダミーゲートをマスクとして不純物イオン
を注入し、再度LOCOS法により、埋め込み酸化膜3
2,33をフィールド酸化膜31の側部に接続した状態
で列方向に沿って形成すると同時に、自己整合的に埋め
込み不純物拡散層34,35を埋め込み酸化膜32,3
3直下に列方向に形成している(図8(a)(b)に示
す工程参照)。すなわち、2度のLOCOS法を採用す
ることにより、ソースライン及びドレインラインを、容
易に互いに分離独立した埋め込みビットラインとするこ
とができる。
【0046】図3は不揮発性記憶装置の等価回路図であ
る。図3を参照しつつ、不揮発性記憶装置M3の電気的
構成を説明する。不揮発性記憶装置M3は、図3の如
く、上述した構造を有するメモリセルMC31,MC3
2,MC33,MC34からなるメモリセルアレーMA
と、メモリセルアレーMAの周辺に配置されたXデコー
ダXD、YデコーダYD及びセンスアンプSAとを備え
ている。
【0047】XデコーダXDは、情報の書き込み、消去
及び読み出し時にワードラインWL1、WL2に対して
所定の電圧を印加するためのものであって、行方向Xに
沿って配列されているメモリセルMC31,MC32で
共有されているワードラインWL1と、行方向Xに沿っ
て配列されているメモリセルMC33,MC34で共有
されているワードラインWL2とが接続されている。
【0048】YデコーダYDは、情報の書き込み、消去
及び読み出し時にソースラインSL1,SL2及びドレ
インラインDL1,DL2に対して所定の電圧を印加す
るためのものであって、列方向Yに沿って配列されてい
るメモリセルMC31,MC33で共有されているソー
スラインSL1及びドレインラインDL1と、列方向Y
に沿って配列されているメモリセルMC32,MC34
で共有されているソースラインSL2及びドレインライ
ンDL2とに接続されている。
【0049】センスアンプSAは、情報の読み出し時に
選択されたメモリセル内にセル電流が流れるか否かを検
出するものであって、YデコーダYDに接続されてい
る。図4は情報の書き込み時において選択されたメモリ
セルの動作を示す図、図5は情報の消去時において選択
されたメモリセルの動作を示す図、図6は情報の読み出
し時において選択されたメモリセルの動作を示す図であ
る。図3及び図4ないし図6並びに表3を参照しつつ、
上記不揮発性記憶装置M3における情報の書き込み、消
去及び読み出しの各動作について説明する。なお、表3
においては、情報の書き込み、読み出しに際し、図3に
示すメモリセルMC31を選択した場合を想定してい
る。
【0050】
【表3】
【0051】<書き込み(WRITE)>情報の書き込
み時には、メモリセルMC31を選択すべく、Xデコー
ダXDにより、ワードラインWL1に対して書込電圧V
H (例えば12V)を印加し、YデコーダYDにより、
ソースラインSL1及びドレインラインDL1に対して
0Vを印加する。同時に、XデコーダXDにより、ワー
ドラインWL2に対して0Vを印加し、YデコーダYD
により、ソースラインSL1及びドレインラインDL1
に対して書込禁止電圧Vi (例えば5〜6V)を印加す
る。なお、書込禁止電圧Vi とは、選択メモリセル内の
ワードラインに対して印加される電圧と、選択メモリセ
ル内のソースライン及びドレインラインに対して印加さ
れる電圧との中間電圧である。
【0052】そうすると、選択メモリセルMC31内の
メモリトランジスタMTr31においては、図4に示す
ように、ゲート391−基板30間でFNトンネル電流
が発生する。このFNトンネル電流によって、チャネル
エレクトロンがONO膜371に注入され、情報の書き
込み状態となる。この結果、選択メモリセルMC31
は、エンハンスメント状態となる。
【0053】また、ワードラインWL1を共有している
非選択メモリセルMC32内のメモリトランジスタMT
r32においては、ゲート−基板間にFNトンネル電流
が発生し得る電圧が印加されるものの、ソース及びドレ
インに上記書込禁止電圧Viが印加されるため、結果的
にゲート−基板間の電位差が減少し、FNトンネル電流
の発生が防止される。よって、非選択メモリセルMC3
2に誤って情報が書き込まれることはない。 <消去(ERASE)>情報の消去は、ワードライン毎
に一括して行われる。つまり、XデコーダXDにより、
ワードラインWL1に対して消去電圧−VH を印加し、
ワードラインWL2に対して0Vを印加し、Yデコーダ
YDにより、ソースラインSL1,SL2及びドレイン
ラインDL1,DL2に対して0Vを印加する。
【0054】そうすると、例えばメモリセルMC31内
のメモリトランジスタMTr31においては、図5に示
すように、ゲート391−基板30間に書き込み時とは
逆のバイアスがかかり、ゲート391−基板30間に書
き込み時とは逆のFNトンネル電流が発生する。このF
Nトンネル電流によって、ONO膜371に蓄積されて
いるエレクトロンが基板31側に引き抜かれると共に、
ホールがONO膜371に注入され、情報の消去状態と
なる。その結果、メモリセルMC31はデプレッション
状態となる。
【0055】なお、情報を一括して消去することもでき
る。情報の一括消去を行う場合には、ワードラインWL
1,WL2に対して消去電圧−VH を印加し、ソースラ
インSL1,SL2及びドレインラインDL1,DL2
に対して0Vを印加すればよい。また、上記したゲート
負電圧消去法の他に、例えばワードラインWL1に対し
て0Vを印加し、ワードラインWL2に対してVi を印
加し、ソースラインSL1,SL2及びドレインライン
DL1,DL2に対してVH を印加して、ワードライン
WL1毎に一括消去してもよい。この場合、ゲート−基
板間にFNトンネル電流を発生させ、エレクトロンを基
板側へ引き抜くために、基板に電源電圧をかけておく必
要がある。 <読み出し(READ)>情報の読み出しを行う際に
は、XデコーダXDにより、ワードラインWL1に対し
て0Vを印加し、YデコーダYDにより、ソースライン
SL2及びドレインラインDL1に対して0Vを印加し
ておく。この状態で、メモリセルMC31を選択すべ
く、XデコーダXDによりワードラインWL1に対して
読出電圧VREAD(例えば3V)を印加し、YデコーダY
Dにより、ソースラインSLに対して0Vを印加し、ビ
ットラインBL1に対してセンス電圧VSENS(例えば1
V)を印加する。なお、センス電圧VSENSとは、選択メ
モリセル内でセル電流を発生させるための電圧である。
【0056】そうすると、図6(a)(b)に示すよう
に、ゲート酸化膜381の直下のシリコン基板30の表
面は、読出電圧VREADの影響を受ける。その結果、基板
30の表面には、この基板30のホール濃度と等しい濃
度のエレクトロンが誘起され、反転層ILが生じること
になる。このとき、図6(a)に示すように、選択メモ
リセルMC31に情報が書き込まれておれば、選択メモ
リセルMC31はエンハンスメント状態にあるので、セ
ル電流が流れない。つまり、メモリトランジスタTr3
1のONO膜371内には、エレクトロンが蓄積されて
いるので、ONO膜371直下のシリコン基板30の表
面は、エレクトロンの影響を受け、正の電荷が整列して
いる。そのため、上記シリコン基板30の表面で整列し
ている正電荷と、反転層ILとが反発し、メモリトラン
ジスタTr31にチャネルが形成されない。よって、メ
モリトランジスタTr31においては、ドレイン領域3
51からソース領域341に向かって電流が流れない。
一方、図6(b)に示すように、選択メモリセルMC3
1に情報の消去状態であれば、選択メモリセルMC31
はデプレッション状態にあるので、セル電流が流れる。
つまり、メモリトランジスタTr31のONO膜371
内にホールが蓄積されているので、ONO膜371直下
のシリコン基板30の表面は、ホールの影響を受け、負
の電荷が整列している。そのため、上記シリコン基板3
0の表面で整列している負電荷と、反転層ILとが結合
し、メモリトランジスタTr31にチャネルが形成され
る。よって、メモリトランジスタTr31においては、
ドレイン領域351からソース領域341に向かって電
流が流れる。この2つの状態をセンスアンプSAでセン
シングすれば、選択メモリセル31に記憶されている情
報の読み出しが達成される。
【0057】このように、読出電圧VREAD、すなわち選
択メモリセル内のメモリトランジスタの導通させるため
のしきい値電圧VTHは、ONO膜をチャネル領域の予め
定める一部領域に形成しているため、ゲート酸化膜直下
(ONO膜が形成されている領域以外のチャネル領域)
のシリコン基板の表面が反転するか否かで決定される。
つまり、ゲート酸化膜直下のシリコン基板の表面が反転
するか否かで、メモリトランジスタの導通/非導通が決
定される。そのため、読出電圧VREADのばらつきがなく
なる。
【0058】本実施例の不揮発性記憶装置M3において
は、ゲートー基板間のFNトンネル電流により電荷をO
NO膜に注入したり、取り出したりすることで、情報の
書き換え(WRITE/ERASE)が行えるため、情
報の書き換えの際に係る動作電圧を低く抑えることがで
きる。よって、消費電力の低減が可能となる。次に、本
発明の第2実施例を図11ないし図16に基づいて詳述
する。
【0059】図11は本発明の第2実施例に係る不揮発
性記憶装置のパッシベーション膜を剥がした状態を示す
平面図、図12は図1のI−I断面図である。図11及
び図12を参照しつつ、本実施例に係る不揮発性記憶装
置M3の構成について説明する。本実施例の不揮発性記
憶装置M3は、ソースラインSL1,SL2及びドレイ
ンラインDL1,DL2となっている各埋め込み不純物
拡散層341,342及び351,352の拡散抵抗を
低下させるために、ポリシリコン配線層501,502
及び511,512を備えている点で、第1実施例と異
なっている。
【0060】つまり、第1のポリシリコン配線層50
1,502は、各第1の埋め込み酸化膜321,322
に開口されたコンタクトホール611,612を通し
て、各第1のN+ 型埋め込み不純物拡散層341,34
2に接触するように、列方向に沿って形成されている。
第2のポリシリコン配線層511,512は、各第2の
埋め込み酸化膜331,332に開口されたコンタクト
ホール621,622を通して、各第2のN+ 型埋め込
み不純物拡散層351,352に接触するように、列方
向に沿って形成されている。そして、各ポリシリコン配
線層501,502及び511,512と、ワードライ
ンWL1,WL2となっているゲート391,391と
の間には、絶縁膜521,522及び531,532が
介在されているる。なお、ポリシリコン配線層501,
502及び511,512は、ビット単位で設けている
が、各セル単位で設けてもよい。
【0061】上記不揮発性記憶装置M3においては、ソ
ースラインSL1,SL2及びドレインラインDL1,
DL2となっている埋め込み不純物拡散層341,34
2及び351,352に、ポリシリコン配線層501,
502及び511,512を接触させているので、埋め
込み不純物拡散層341,342及び351,352の
拡散抵抗が低下し、消費電力の低減に繋がる。
【0062】なお、上記不揮発性記憶装置M3における
情報の書き込み、消去及び読み出しの各動作は、第1実
施例に示した動作方法と同様であるので説明を省略す
る。図13ないし図16は不揮発性記憶装置の製造方法
を工程順に示す概略断面図である。なお、図13ないし
図16においては、説明の便宜上、1メモリセルのみを
示している。図13ないし図16を参照しつつ、上記不
揮発性記憶装置M3の製造方法について説明する。
【0063】埋め込み酸化膜及び埋め込み不純物拡散層
を形成するまでの工程は、第1実施例と同様であるので
説明を省略する。そして、埋め込み酸化膜及び埋め込み
不純物拡散層の形成工程が終了すると、ポリシリコン配
線層を形成する。すなわち、図13(a)に示すよう
に、埋め込み酸化膜及び埋め込み不純物拡散層の形成工
程で使用した窒化シリコン膜44、パッド酸化膜43を
そのまま残した状態で、埋め込み酸化膜32,33を除
く領域上にレジストパターン60を形成する。次いで、
図13(b)に示すように、レジストパターン60をマ
スクとしてウェットエッチングを行い、埋め込み酸化膜
32,33にコンタクトホール61,62を開口する。
この時点でレジストパターン60は用済であるので、レ
ジストパターン60を取り除く。その後、全面にポリシ
リコン63を堆積する。そして、図13(c)に示すよ
うに、堆積したポリシリコン63を列方向に沿ってスト
ライプ状にパターニングして、ポリシリコン配線層5
0,51を形成する。
【0064】ポリシリコン配線層形成工程が終了する
と、ONO膜を形成する。すなわち、図14(a)
(b)に示すように、窒化シリコン膜44、パッド酸化
膜43を順次エッチング除去して、シリコン基板30の
表面を露出させる。次いで、図14(c)に示すよう
に、全面にボトム酸化膜37a、トラップ窒化膜37b
を順次形成する。そして、図15(a)に示すように、
ポリシリコン配線層50,51を除く領域上にレジスト
パターン64を形成し、ポリシリコン配線層50,51
上の窒化膜37bをエッチング除去し、酸化膜37aを
露出させる。この時点でレジストパターン64は用済で
あるので、レジストパターン64を取り除く。その後、
ウェット酸化により、全面にSiO2 を成長させる。そ
うすると、図15(b)に示すように、チャネル領域上
では、窒化膜37bが残存しているため、SiO2 があ
まり成長せず、薄いトップ酸化膜37cが形成される。
一方、ポリシリコン配線層50,51上では、酸化膜3
7aが露出されているため、SiO 2 が効率良く成長
し、厚い絶縁膜52,53が形成される。つまり、チャ
ネル領域上にはONO膜37が形成され、ポリシリコン
配線層50,51上には厚い絶縁膜52,53が形成さ
れる。
【0065】ONO膜形成工程が終了すると、ゲート酸
化膜及びゲートを形成する。すなわち、図15(c)に
示すように、ONO膜37の予め定める領域上にレジス
ト65を塗布し、チャネル領域上にあるONO膜37の
一部をエッチング除去し、シリコン基板30の表面を露
出させる。つづいて、図16(a)に示すように、シリ
コン表面の露出したシリコン基板30を900〜100
0℃で熱酸化を行い、シリコン基板30の表面にゲート
酸化膜38を100Å程度成長させる。そして、ゲート
酸化に用いたレジスト65を取り除く。そして、全面に
ポリシリコンを堆積させ、堆積したポリシリコンを行方
向に沿ってストライプ状にパターニングする。そうする
と、ゲート39が行方向に沿って形成される。
【0066】ゲート形成工程が終了すると、パッシベー
ション膜を形成する。すなわち、図16(b)に示すよ
うに、全面にPSGを堆積させて、パッシベーション膜
47を形成する。上記のように、図15(a)(b)に
示す工程では、窒化膜が酸化されにくいことを利用し
て、ポリシリコン配線層50,51上の窒化膜37bを
エッチング除去し、酸化膜37aを露出させ、チャネル
領域上に窒化膜37bを残した状態で酸化を行うことに
より、チャネル領域の窒化膜37b上にトップ酸化膜3
7cを形成すると同時に、ポリシリコン配線層50,5
1上に厚い絶縁膜52,53を形成することができる。
よって、改めて後の工程でポリシリコン配線層50,5
1とゲート39とを互いに絶縁するための層間絶縁膜を
形成する必要がなくなる。つまり、ポリシリコン配線層
50,51とゲート39とを層間絶縁膜なしで絶縁する
ことができる。
【0067】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、本発明の範囲内で多くの修正及び変更を加
え得ることは勿論である。例えば、上記実施例において
は、メモリトランジスタがMONOS構造を有する場合
について記載したが、メモリトランジスタをMNOS構
造としてもよく、またN型シリコン基板を使用してもよ
い。
【0068】
【発明の効果】以上の説明から明らかな通り、本発明請
求項1によると、ソースライン及びドレインラインのコ
ンタクトマージンが不要となり、セル面積を縮小するこ
とができる。また、窒化膜を含む電荷蓄積層としている
から、フローティングとコントロールゲートとのカップ
リングを考慮する必要もなく、製造プロセスが簡単とな
る。
【0069】請求項2では、埋め込み不純物拡散層の拡
散抵抗が低下し、消費電力の低減に繋がる。請求項3に
よると、ゲートと基板との間でのFNトンネル電流によ
り情報の書き換えが行えるため、情報の書き換えの際に
係る動作電圧を低く抑えることができ、消費電力の低減
が可能となる。また、情報の読み出しに際しては、ゲー
ト酸化膜直下の半導体基板の表面が反転するか否かで、
メモリトランジスタの導通/非導通が決定されるため、
読出電圧のばらつきがなくなる。
【0070】請求項4では、窒化膜が酸化されにくいこ
とを利用して、配線層上に選択的に厚い絶縁膜を形成す
ることができるので、配線層とゲートとを層間絶縁膜な
しで絶縁することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例に係る不揮発性記憶装置の
パッシベーション膜を剥がした状態を示す平面図であ
る。
【図2】図1のI−I断面図である。
【図3】不揮発性記憶装置の等価回路図である。
【図4】情報の書き込み時において選択されたメモリセ
ルの動作を示す図である。
【図5】情報の消去時において選択されたメモリセルの
動作を示す図である。
【図6】情報の読み出し時において選択されたメモリセ
ルの動作を示す図である。
【図7】不揮発性記憶装置の製造方法を工程順に示す概
略断面図である。
【図8】不揮発性記憶装置の製造方法を工程順に示す概
略断面図である。
【図9】不揮発性記憶装置の製造方法を工程順に示す概
略断面図である。
【図10】不揮発性記憶装置の製造方法を工程順に示す
概略断面図である。
【図11】本発明の第2実施例に係る不揮発性記憶装置
のパッシベーション膜を剥がした状態を示す平面図であ
る。
【図12】図11のI−I断面図である。
【図13】不揮発性記憶装置の製造方法を工程順に示す
概略断面図である。
【図14】不揮発性記憶装置の製造方法を工程順に示す
概略断面図である。
【図15】不揮発性記憶装置の製造方法を工程順に示す
概略断面図である。
【図16】不揮発性記憶装置の製造方法を工程順に示す
概略断面図である。
【図17】従来のMONOS構造を有するメモリトラン
ジスタを示す概略断面図である。
【図18】従来のMONOS構造を有するメモリトラン
ジスタを利用した不揮発性記憶装置の等価回路図であ
る。
【図19】従来のフローティングゲートタイプのメモリ
トランジスタを示す概略断面図である。
【図20】従来のフローティングゲートタイプのメモリ
トランジスタを利用した不揮発性記憶装置の等価回路図
である。
【符号の説明】
M3 不揮発性記憶装置 MA メモリセルアレー MC31〜MC34 メモリセル MTr31〜MTr34 メモリトランジスタ XD Xデコーダ YD Yデコーダ SA センスアンプ 30 シリコン基板 311〜313 フィールド酸化膜 321,322,331,332 埋め込み酸化膜 341,342,351,352 埋め込み不純物拡散
層 361,362 チャネル領域 371,372 ONO膜 381,382 ゲート酸化膜 391,392 ゲート 501,502,51,511,512 ポリシリコン
配線層 521,522,53,531,532 絶縁膜 611,612,621,622 コンタクトホール WL1,WL2 ワードライン SL1,SL2 ソースライン DL1,DL2 ドレインライン

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】予め定められた第1の導電型式をした半導
    体基板上に、電荷を注入したり、取り出したりすること
    で情報の記憶を行う、メモリトランジスタからなる複数
    のメモリセルが、行方向及び列方向に沿ってマトリクス
    状に配列形成されている不揮発性記憶装置であって、 上記半導体基板の表面層に、列方向に沿ってかつ行方向
    に所定の間隔をあけて厚く形成された複数のフィールド
    酸化膜、 上記各フィールド酸化膜の一方側部に接続されていると
    共に、列方向に沿って、フィールド酸化膜よりも相対的
    に薄く形成された第1の埋め込み酸化膜、 上記各フィールド酸化膜の他方側部に接続されていると
    共に、列方向に沿ってかつ第1の埋め込み酸化膜と所定
    の間隔をあけて、フィールド酸化膜よりも相対的に薄く
    形成された第2の埋め込み酸化膜、 上記各第1の埋め込み酸化膜の直下に、列方向に沿って
    形成され、各メモリトランジスタのソース領域となり、
    かつ列方向に沿って配列するメモリセルで共有されたソ
    ースラインとなっている、上記第1の導電型式とは反対
    の第2の導電型式をした第1の埋め込み不純物拡散層、 上記各第2の埋め込み酸化膜の直下に、列方向に沿って
    形成され、各メモリトランジスタのドレイン領域とな
    り、かつ列方向に沿って配列するメモリセルで共有され
    たドレインラインとなっている、上記第1の導電型式と
    は反対の第2の導電型式をした第2の埋め込み不純物拡
    散層、 上記各メモリトランジスタのソース領域及びドレイン領
    域で挟まれるように生じる各チャネル領域の、予め定め
    る一部領域上に形成され、各チャネル領域で発生した電
    荷を蓄積する、窒化膜を含む電荷蓄積層、 上記各チャネル領域の予め定める一部領域を除く領域上
    に形成されたゲート酸化膜、並びに上記各電荷蓄積層上
    に行方向に沿って形成され、行方向に沿って配列するメ
    モリセルで共有されたワードラインとなっているゲート
    を含むことを特徴とする不揮発性記憶装置。
  2. 【請求項2】予め定められた第1の導電型式をした半導
    体基板上に、電荷を注入したり、取り出したりすること
    で情報の記憶を行う、メモリトランジスタからなる複数
    のメモリセルが、行方向及び列方向に沿ってマトリクス
    状に配列形成されている不揮発性記憶装置であって、 上記半導体基板の表面層に、列方向に沿ってかつ行方向
    に所定の間隔をあけて厚く形成された複数のフィールド
    酸化膜、 上記半導体基板の表面層において、各フィールド酸化膜
    の一方側部に接続すると共に、列方向に沿ってかつ行方
    向に所定の間隔をあけて、フィールド酸化膜よりも相対
    的に薄く形成された第1の埋め込み酸化膜、 上記半導体基板の表面層において、各フィールド酸化膜
    の他方側部に接続すると共に、列方向に沿ってかつ第1
    の埋め込み酸化膜と所定の間隔をあけて、フィールド酸
    化膜よりも相対的に薄く形成された第2の埋め込み酸化
    膜、 上記各第1の埋め込み酸化膜の直下に、列方向に沿って
    形成され、各メモリトランシタのソース領域となり、か
    つ列方向に沿って配列するメモリセルで共有されたソー
    スラインとなっている、上記第1の導電型式とは反対の
    第2の導電型式をした第1の埋め込み不純物拡散層、 上記各第2の埋め込み酸化膜の直下に、列方向に沿って
    形成され、各メモリトランジスタのドレイン領域とな
    り、かつ列方向に沿って配列するメモリセルで共有され
    たドレインラインとなっている、上記第1の導電型式と
    は反対の第2の導電型式をした第2の埋め込み不純物拡
    散層、 上記各第1の埋め込み酸化膜に開口されたコンタクトホ
    ールを通して、各第1の埋め込み不純物拡散層に接触す
    るように形成された、第1の埋め込み不純物拡散層の拡
    散抵抗を低下させるための第1の配線層、 上記各第2の埋め込み酸化膜に開口されたコンタクトホ
    ールを通して、各第2の埋め込み不純物拡散層に接触す
    るように形成された、第2の埋め込み不純物拡散層の拡
    散抵抗を低下させるための第2の配線層、 上記各メモリトランジスタのソース領域及びドレイン領
    域で挟まれるように生じる各チャネル領域の、予め定め
    る一部領域上に形成され、各チャネル領域で発生した電
    荷を蓄積する、窒化膜を含む電荷蓄積層、 上記各チャネル領域の予め定める一部領域を除く領域上
    に形成されたゲート酸化膜、並びに上記各電荷蓄積層上
    に、各配線層と絶縁状態で行方向に沿って形成され、行
    方向に沿って配列するメモリセルで共有されたワードラ
    インとなっているゲートを含むことを特徴とする不揮発
    性記憶装置。
  3. 【請求項3】請求項1又は2記載の不揮発性記憶装置に
    おいて、 情報の書き込み時に、選択メモリセルのワードライン並
    びにソースライン及びドレインラインに対してそれぞれ
    所定の電圧を印加し、当該選択メモリセル内のメモリト
    ランジスタにおいて、ゲートと基板との間にFNトンネ
    ル電流を発生させ、チャネル領域で発生した電荷を電荷
    蓄積層に注入し、選択されたメモリセルとワードライン
    を共有している非選択メモリセルのソースライン及びド
    レインラインに対して書込禁止電圧を印加し、当該非選
    択メモリセル内のメモリトランジスタにおいて、FNト
    ンネル電流が発生するのを防止し、電荷が電荷蓄積層に
    注入されないようにする書込手段、 情報の消去時に、選択メモリセルのワードライン並びに
    ソースライン及びドレインラインに対してそれぞれ所定
    の電圧を印加し、選択メモリセル内のメモリトランジス
    タにおいて、ゲートと基板との間で書き込み時とは逆方
    向のFNトンネル電流を発生させ、電荷蓄積層に蓄積さ
    れている電荷を引抜くと共に、書き込み時とは極性の異
    なる電荷を電荷蓄積層に注入する消去手段、並びに情報
    の読み出し時に、選択メモリセルのソースラインを接地
    電位としておき、選択メモリセルのワードラインに対し
    て読出電圧を印加し、選択メモリセルのドレインライン
    に対して、セル電流を発生し得るセンス電圧を印加する
    読出手段をさらに含むことを特徴とする不揮発性記憶装
    置。
  4. 【請求項4】請求項2記載の不揮発性記憶装置を製造す
    るための方法であって、 熱酸化により、予め定める第1の導電型式をした半導体
    基板上に第1のパッド酸化膜を形成し、LOCOS法に
    より、半導体基板の表面層に、列方向に沿ってかつ行方
    向に所定の間隔をあけて複数のフィールド酸化膜をスト
    ライプ状に形成する工程、 上記第1のパッド酸化膜を除去し、半導体基板の一部表
    面を露出させた後、改めて熱酸化を行い、半導体基板の
    露出面上にパッド酸化膜を形成し、さらにこのパッド酸
    化膜上に、ダミーゲートを列方向に沿ってかつ所定の間
    隔をあけてストライプ状に形成する工程、 上記ダミーゲートをマスクとして、上記第1の導電型式
    とは反対の第2の導電型式をした不純物イオンを注入す
    る工程、 LOCOS法により、上記各フィールド酸化膜の両側部
    に接続すると共に、列方向に沿って、第1埋め込み酸化
    膜及び第2埋め込み酸化膜をそれぞれ所定の間隔をあけ
    てフィールド酸化膜よりも相対的に薄く形成すると同時
    に、各第1埋め込み酸化膜の直下に第1の不純物拡散層
    を、各第2埋め込み酸化膜の直下に第2の不純物拡散層
    をそれぞれ列方向に沿って自己整合的に形成する工程、 上記各第1の埋め込み酸化膜及び各第2の埋め込み酸化
    膜にコンタクトホールをそれぞれ開口し、各コンタクト
    ホールを通して各第1の埋め込み不純物拡散層及び各第
    2の埋め込み不純物拡散層に接触するように、第1の埋
    め込み不純物拡散層及び第2の埋め込み不純物拡散層の
    拡散抵抗を低下させるための第1の配線層及び第2の配
    線層を形成する工程、 上記ダミーゲート及び第2のパッド酸化膜を除去し、半
    導体基板の一部表面を露出させた後、全面に窒化膜を含
    む電荷蓄積層を形成するする工程、 上記各配線層上の電荷蓄積膜の窒化膜を除去し、各配線
    層を選択的に酸化する工程、 上記各電荷蓄積層の予め定める一部領域を残して除去
    し、半導体基板の表面を露出させた後、熱酸化により、
    半導体基板の露出面上にゲート酸化膜を形成する工程、
    並びに上記各電荷蓄積層上に、ゲートを行方向に沿って
    形成する工程を含むことを特徴とする不揮発性記憶装置
    の製造方法。
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6147903A (en) * 1997-12-12 2000-11-14 Matsushita Electronics Corporation Non-volatile semiconductor memory device and method for driving the same
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JP2004015051A (ja) * 2002-06-04 2004-01-15 Samsung Electronics Co Ltd 不揮発性メモリセル、メモリ素子、及び不揮発性メモリセルの製造方法
JP2004260173A (ja) * 2003-02-24 2004-09-16 Samsung Electronics Co Ltd 不揮発性半導体メモリ装置の製造方法

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