JPH0697457A - 不揮発性メモリ装置とその製造方法 - Google Patents

不揮発性メモリ装置とその製造方法

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JPH0697457A
JPH0697457A JP5183473A JP18347393A JPH0697457A JP H0697457 A JPH0697457 A JP H0697457A JP 5183473 A JP5183473 A JP 5183473A JP 18347393 A JP18347393 A JP 18347393A JP H0697457 A JPH0697457 A JP H0697457A
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memory device
oxide film
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Ki-Ho Gwen
基皓 權
Jeong-Hyuk Choi
定▲赫▼ 崔
Kang-Deog Suh
康徳 徐
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Abstract

(57)【要約】 【目的】製造工程をより短縮、簡素化できる不揮発性の
半導体メモリ装置とその製造方法の提供。 【構成】周辺回路領域のトランジスタのゲート構造を、
メモリセルアレイ領域のストレージセルトランジスタの
ゲート構造と同様のフローティングゲート電極204及
びコントロールゲート電極208をもつ構造とし、スト
レージセルトランジスタ形成の写真食刻工程で同時に両
領域のトランジスタを形成できるようにする。このと
き、周辺回路領域のトランジスタのフローティングゲー
ト電極とコントロールゲート電極との間の層間絶縁膜に
コンタクトホールを設けておき、該フローティングゲー
ト電極及びコントロールゲート電極を電気的に接続さ
せ、一つのゲート電極として動作するようにしている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は半導体メモリ装置に関
し、特に多層ゲート構造を有する不揮発性メモリ装置に
関する。
【0002】
【従来の技術】一般の多層ゲート構造の不揮発性メモリ
装置は、セルアレイ領域に多層ゲート構造を有するスト
レージセル(storage cell)トランジスタと、周辺回路領
域にこのストレージセルトランジスタを動作させるため
の単層ゲート構造のトランジスタとを備えてなってい
る。こうした多層ゲート構造のメモリ装置の一種として
EEPROM(Electrically Erasable and Programable
ROM) がある。このEEPROMのストレージセルトラ
ンジスタはデータを貯蔵するフローティングゲート電極
と、このフローティングゲート電極を制御するコントロ
ールゲート電極とを有し、更に、このコントロールゲー
ト電極とフローティングゲート電極との間に層間絶縁膜
を持ち、また、フローティングゲート電極と基板との間
にトンネル酸化膜を有している。
【0003】このようなEEPROMに関する従来技術
の一例がR.SHIROTA等により“16メガビット
のNANDEEPROM用2.3mm2 メモリセル構造
(A2.3mm2 MEMORY CELL STRUCTURE FOR 16Mb NA
ND EEPROMS)”として1990年度IEDMの103頁
〜106頁に詳細に開示されている。図7〜図11にこ
の様な従来技術による多層ゲート構造を有するEEPR
OMの製造工程を示す。なお、各図中の(a)はそれぞ
れの製造工程におけるEEPROMのセルアレイ領域と
周辺回路領域の縦断面図で、(b)はそれぞれの製造工
程におけるEEPROMの周辺回路領域の横断面図であ
る。
【0004】図7の工程では、半導体基板100上に通
常のLOCOS法(Local Oxidationof Silicon)で素子
間分離用のフィールド酸化膜101を形成し、基板10
0の全面にゲート酸化膜105を形成した後、写真蝕刻
法によりセルアレイ領域上のストレージセルトランジス
タの形成部位のゲート酸化膜105を蝕刻する。その
後、このストレージセルトランジスタのゲート電極の形
成部位の基板100の表面上にトンネル酸化膜102を
薄く形成し、基板100の全面に第1多結晶シリコン膜
103と層間絶縁膜としてのONO膜(酸化膜/窒化膜
/酸化膜からなる多層膜をいう)104を順に形成す
る。さらに、感光膜106をマスクとして通常の蝕刻方
法でこの膜を順次蝕刻してセルアレイ領域以外の周辺回
路領域のフィールド酸化膜101及び基板100の表面
を露出させる。なお、第1多結晶シリコン膜103はス
トレージセルトランジスタのフローティングゲート電極
用の導電膜である。
【0005】図8の工程では、感光膜106を除去した
後に熱酸化法を用いて周辺回路領域にゲート酸化膜10
7を形成し、基板100の全面に第2多結晶シリコン膜
108とタングステンシリサイド膜109を順次に形成
する。この第2多結晶シリコン膜108とタングステン
シリサイド膜109はストレージセルトランジスタのコ
ントロールゲート電極及び周辺回路領域のトランジスタ
のゲート電極を形成するものである。
【0006】図9の工程では、周辺回路領域上にトラン
ジスタのゲート電極を形成するための感光膜パターン1
10を形成し、タングステンシリサイド膜109と第2
多結晶シリコン膜108をフィールド酸化膜101とゲ
ート酸化膜107の表面が露出するまで蝕刻し、周辺回
路領域のトランジスタのソースとドレイン領域を形成す
るためのイオン注入を実施する。
【0007】図10の工程では、感光膜110を除去し
た後、さらに、感光膜111を形成してセルアレイ領域
上にパターニングし、トンネル酸化膜102とゲート酸
化膜105の表面が露出するまで順にタングステンシリ
サイド膜109、第2多結晶シリコン膜108、ONO
膜104、第1多結晶シリコン膜103を蝕刻してスト
レージセルトランジスタのゲート電極を形成し、ストレ
ージセルトランジスタのソースとドレイン領域とを形成
するためのイオン注入を実施する。
【0008】図11の工程では、感光膜111を除去し
た後、熱拡散を実施して周辺回路領域のトランジスタの
ソース及びドレイン領域と、セルアレイ領域のストレー
ジセルトランジスタのソース及びドレイン領域とを形成
し、基板100の全面にLTO(Low-Temperature Oxid
e) 絶縁膜112とBPSG膜113とを順次形成しリ
フロー工程を経て、セルアレイ領域及び周辺回路領域部
位に配線接続用の開口部を形成した後、金属配線膜11
4、115を形成する。
【0009】以上の説明から分かるように、従来技術に
よる多層ゲート構造のメモリ装置は、セルアレイ領域上
のストレージセルトランジスタ12と周辺回路領域のト
ランジスタ11のゲート構造が異なるので、図7
(a)、図9(a)、図10(a)に示したようにそれ
ぞれ別の写真蝕刻工程が必要となる。このことにより、
層間絶縁膜のONO膜が有機性感光膜によって汚染され
る問題が生じ、また、蝕刻工程の回数の増加によるフィ
ールド酸化膜の損傷により絶縁能力が減少し、さらに、
製造工程が複雑になるという短所がある。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】従って、本発明の目的
は、ストレージセルトランジスタと周辺回路領域上のト
ランジスタが同様の多層構造のゲートを有するような不
揮発性メモリ装置を提供することにある。
【0011】本発明の他の目的は、ストレージセルトラ
ンジスタ及び周辺回路領域のトランジスタのゲート電極
が同様の多層構造を有し、一回の写真蝕刻工程によって
形成することのできる不揮発性メモリ装置の製造方法を
提供することにある。
【0012】本発明のさらに他の目的は、層間絶縁膜の
汚染を防止できて優れた層間絶縁性を発揮する多層構造
のゲートを有する不揮発性メモリ装置の製造方法を提供
することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために本発明による不揮発性のメモリ装置は、周辺回
路領域のトランジスタのゲート電極が、セルアレイ領域
のストレージセルトランジスタのゲート電極と同様の多
層構造とされると共に、そのゲート電極の各層が相互に
接続されて単一のゲート電極として動作するようにされ
ていることを特徴とする。
【0014】また、本発明による不揮発性のメモリ装置
は、周辺回路領域のトランジスタのゲート電極がセルア
レイ領域のストレージセルトランジスタのゲート電極と
同様の多層構造を有するような構造とされているので、
その製造工程において、同じ写真蝕刻工程によりストレ
ージセルトランジスタと周辺回路領域のトランジスタが
形成されるようになっていることを特徴とする。
【0015】さらに、本発明による不揮発性のメモリ装
置は、層間絶縁膜の上面に汚染防止用の多結晶シリコン
膜を備えることを特徴とする。
【0016】
【実施例】以下、本発明の実施例を図1〜図6を参照し
て詳細に説明する。図1は本発明の実施例による不揮発
性メモリ装置の周辺回路領域のレイアウト図である。同
図において、201はフィールド酸化膜、20はソース
・ドレイン領域が形成されたアクティブ領域、210は
第1多結晶シリコン膜と第3多結晶シリコン膜との間の
接触窓、220は第3多結晶シリコン膜と金属配線膜と
の間の接触窓、209は順次積層された多層導電膜の上
部膜であるシリサイド膜、217は接触窓220を通じ
て第3多結晶シリコン膜と接触している金属配線膜を示
す。
【0017】図2〜図6に本発明の一実施例によるEE
PROMの製造工程を示す。各図中、(a)は図2のA
−A’線に沿って見たEEPROMのセルアレイ領域と
周辺回路領域の縦断面図であり、(b)は図2のB−
B’線に沿って見たEEPROMの周辺回路領域の横断
面図である。
【0018】図2の工程では、半導体基板200上に通
常のLOCOS法により素子間分離用フィールド酸化膜
201を形成し、この基板200の全面にゲート酸化膜
202を形成した後に写真蝕刻法でセルアレイ領域上の
ストレージセルトランジスタの形成部位のゲート酸化膜
202を蝕刻してから、該ストレージセルトランジスタ
の形成部位の基板200の表面上にトンネル酸化膜20
3を形成する。このトンネル酸化膜203は通常、20
0Å以下に薄く形成される。
【0019】図3の工程では、基板200の全面にフロ
ーティングゲート電極用の第1多結晶シリコン膜204
と、層間絶縁膜であるONO膜205と、第2多結晶シ
リコン膜206とを順次形成し、写真蝕刻法により周辺
回路領域上に形成された第2多結晶シリコン膜206と
ONO膜205の所定部位を蝕刻することにより、第1
多結晶シリコン膜204の表面の一部を露出させて接触
窓210を形成する。この第2多結晶シリコン膜206
は200〜500Å程度に薄く形成するのが望ましく、
ONO膜205が有機性物質である感光膜207によっ
て汚染されるのを防止する作用をする。なお、本実施例
では層間絶縁膜としてONO膜を利用したが、酸化膜の
み又は他の絶縁膜を利用することもできる。
【0020】図4の工程では、感光膜207を除去し基
板200の全面にコントロールゲート電極用の第3多結
晶シリコン膜208とシリサイド膜209を順次形成す
る。なお、ここで、第3多結晶シリコン膜208の形成
前に、既に形成された第2多結晶シリコン膜206の表
面に存在する自然酸化膜(natural oxide) を除去するた
めの湿式蝕刻工程を追加することも可能である。
【0021】図4の(b)から分かるように、周辺回路
領域の接触窓210において第1多結晶シリコン膜20
4と第3多結晶シリコン膜208が相互に接続してい
る。従って、二つの多結晶シリコン膜(第1及び第3多
結晶シリコン膜)は周辺回路領域で一つのゲート電極と
して作用する。
【0022】図5の工程では、セルアレイ領域と周辺回
路領域上に感光膜パターン211a、211bを形成し
て写真蝕刻法によりシリサイド膜209、第3多結晶シ
リコン膜208、第2多結晶シリコン膜206、ONO
膜205、第1多結晶シリコン膜204を順次蝕刻して
ストレージセルトランジスタと周辺回路領域のトランジ
スタのゲート電極を形成し、ソース及びドレイン領域を
形成するためのイオン注入を実施する。
【0023】図5から分かるように、一回の写真蝕刻工
程によりストレージセルトランジスタと周辺回路領域の
トランジスタのゲート電極形成が完了するので、従来の
技術に比べて工程がかなり短縮される。
【0024】図6の工程では、感光膜211a、211
bを除去した後に熱拡散工程を実施して周辺回路領域の
トランジスタのソース及びドレイン領域と、セルアレイ
領域のストレージセルトランジスタのソース及びドレイ
ン領域とを形成し、基板200の全面にLTO絶縁膜2
12とBPSG膜213とを順次形成してリフロー工程
を実施し、そして、セルアレイ領域及び周辺回路領域の
部位に配線接続用の開口部を形成した後に金属配線膜2
16及び217を形成する。なお、周辺回路領域の金属
配線膜217は接続窓220の部位で接続するようにす
るのが望ましい。
【0025】図6の(b)から分かるように、周辺回路
領域のトランジスタのゲート電極は下部のフローティン
グゲート電極(第1多結晶シリコン膜204)と上部の
コントロールゲート電極(第3多結晶シリコン膜20
8)とが相互に接続している。従って、一つのゲート電
極として動作し、実際にトランジスタのゲート電極とし
て作用するのは下部のフローティングゲート電極(第1
多結晶シリコン膜204)である。
【0026】
【発明の効果】以上述べてきたように本発明は、不揮発
性メモリ装置において、セルアレイ領域のストレージセ
ルトランジスタと周辺回路領域のトランジスタとが同様
の多層ゲート構造として形成され、周辺回路領域上の多
層ゲート電極は各層が相互に接続して電気的に一つのゲ
ート電極として用いられる。そして、同じ蝕刻工程で2
つの領域のゲート構造を形成できるので、写真蝕刻工程
の回数が減少し、これによってフィールド酸化膜の損傷
が減少してフィールド酸化膜の絶縁性が向上する。
【0027】また、多層の導電膜間の層間絶縁膜の表面
に多結晶シリコンを薄く形成して写真蝕刻工程を行なう
ので、層間絶縁膜がこの写真蝕刻工程によって汚染され
るのを防止することができ、優れた層間絶縁効果を有す
る多層ゲート構造の不揮発性メモリ装置を提供すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例による不揮発性メモリ装置の周
辺回路領域のレイアウト図。
【図2】本発明の実施例による不揮発性メモリ装置の製
造工程を示す要部断面図。
【図3】本発明の実施例による不揮発性メモリ装置の製
造工程を示す要部断面図。
【図4】本発明の実施例による不揮発性メモリ装置の製
造工程を示す要部断面図。
【図5】本発明の実施例による不揮発性メモリ装置の製
造工程を示す要部断面図。
【図6】本発明の実施例による不揮発性メモリ装置の製
造工程を示す要部断面図。
【図7】従来技術による不揮発性メモリ装置の製造工程
を示す要部断面図。
【図8】従来技術による不揮発性メモリ装置の製造工程
を示す要部断面図。
【図9】従来技術による不揮発性メモリ装置の製造工程
を示す要部断面図。
【図10】従来技術による不揮発性メモリ装置の製造工
程を示す要部断面図。
【図11】従来技術による不揮発性メモリ装置の製造工
程を示す要部断面図。
【符号の説明】
20 アクティブ領域 200 半導体基板 201 フィールド酸化膜 202 ゲート酸化膜 203 トンネル酸化膜 204 第1多結晶シリコン膜 205 ONO膜 206 第2多結晶シリコン膜 207 感光膜 208 第3多結晶シリコン膜 209 シリサイド層 210、220 接触窓 211a 感光膜パターン 211b 感光膜パターン 212 LTO絶縁膜 213 BPSG膜 216、217 金属配線膜
フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 G11C 16/04

Claims (17)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半導体基板に形成された素子間分離のた
    めのフィールド酸化膜と、半導体基板上面に形成された
    トンネル酸化膜と、該トンネル酸化膜上面に形成された
    フローティングゲート電極と、該フローティングゲート
    電極の上面に形成された層間絶縁膜と、該層間絶縁膜の
    上面に形成されたコントロールゲート電極とを有してな
    るストレージセルトランジスタをセルアレイ領域に備え
    た半導体メモリ装置において、 フィールド酸化膜によって前記セルアレイ領域と分離さ
    れた周辺回路領域の半導体基板上面に形成されるゲート
    酸化膜と、このゲート酸化膜の上面に形成されるフロー
    ティングゲート電極と、このフローティングゲート電極
    の上面に形成される層間絶縁膜と、この層間絶縁膜の上
    面に形成されると共に下層のフローティングゲート電極
    と所定の部位で相互に接続されるコントロールゲート電
    極とを有してなり、相互に接続されたフローティングゲ
    ート電極及びコントロールゲート電極が単一のゲート電
    極として動作するようにされたトランジスタを周辺回路
    領域に備えていることを特徴とする半導体メモリ装置。
  2. 【請求項2】 フローティングゲート電極及びコントロ
    ールゲート電極に多結晶シリコンが用いられている請求
    項1記載の半導体メモリ装置。
  3. 【請求項3】 層間絶縁膜は、酸化膜/窒化膜/酸化膜
    の構造を有する多層絶縁膜である請求項1記載の半導体
    メモリ装置。
  4. 【請求項4】 層間絶縁膜とコントロールゲート電極と
    の間に層間絶縁膜の汚染防止用の多結晶シリコン膜を含
    むようにされている請求項1記載の半導体メモリ装置。
  5. 【請求項5】 コントロールゲート電極は、多結晶シリ
    コン膜とシリサイド膜との二重層とされている請求項1
    記載の半導体メモリ装置。
  6. 【請求項6】 シリサイド膜はタングステンシリサイド
    膜である請求項5記載の半導体メモリ装置。
  7. 【請求項7】 不揮発性メモリ装置において、 第1導電形の半導体基板に形成され、相互に所定距離離
    隔された第2導電形のソース領域及びドレイン領域と、
    このソース領域とドレイン領域との間の半導体基板の上
    面に位置するトンネル酸化膜と、該トンネル酸化膜の上
    面に形成されるフローティングゲート電極と、該フロー
    ティングゲート電極の上面に形成される層間絶縁膜と、
    該層間絶縁膜の上面に形成されるコントロールゲート電
    極とを有してなる複数のストレージセルトランジスタ、
    及び前記トンネル酸化膜よりは少なくとも厚いゲート酸
    化膜と、このゲート酸化膜の上部に形成され、前記フロ
    ーティングゲート電極と同時に形成される層及び前記コ
    ントロールゲート電極と同時に形成される層を相互に電
    気的に接続した構造のゲート電極とを少なくとも有して
    なる複数の周辺回路領域のトランジスタを備えているこ
    とを特徴とする不揮発性メモリ装置。
  8. 【請求項8】 フローティングゲート電極及びコントロ
    ールゲート電極に多結晶シリコンが用いられている請求
    項7記載の不揮発性メモリ装置。
  9. 【請求項9】 層間絶縁膜は、酸化膜/窒化膜/酸化膜
    の構造を有する多層絶縁膜である請求項7記載の不揮発
    性メモリ装置。
  10. 【請求項10】 層間絶縁膜の上面に、該層間絶縁膜の
    汚染防止用の多結晶シリコン膜がさらに設けられている
    請求項7記載の不揮発性メモリ装置。
  11. 【請求項11】 コントロールゲート電極は、多結晶シ
    リコン膜とシリサイド膜との二重層とされている請求項
    7記載の不揮発性メモリ装置。
  12. 【請求項12】 半導体メモリ装置の製造方法におい
    て、 半導体基板にセルアレイ領域と周辺回路領域とを区別す
    るための素子間分離用フィールド酸化膜を形成し、該フ
    ィールド酸化膜以外の領域にゲート酸化膜を形成した
    後、写真蝕刻法によりセルアレイ領域のストレージセル
    トランジスタの形成部位のゲート酸化膜を除去してから
    そのストレージセルトランジスタの形成部位にトンネル
    酸化膜を形成する第1工程と、 前記セルアレイ領域と周辺回路領域上にフローティング
    ゲート電極用の第1多結晶シリコン膜、層間絶縁膜、及
    び該層間絶縁膜の汚染防止用第2多結晶シリコン膜を順
    次形成した後、写真蝕刻法で周辺回路領域上に形成され
    ている第2多結晶シリコン膜と層間絶縁膜の所定部位を
    蝕刻して第1多結晶シリコン膜の一部表面を露出させて
    接触窓を形成する第2工程と、 半導体基板の全面にコントロールゲート電極用の第3多
    結晶シリコン膜とシリサイド膜とを順に形成した後、写
    真蝕刻法で前記セルアレイ領域及び周辺回路領域上にパ
    ターニングを施して前記シリサイド膜、第3多結晶シリ
    コン膜、第2多結晶シリコン膜、層間絶縁膜、第1多結
    晶シリコン膜を順次蝕刻し、そしてソース・ドレイン形
    成のためのイオンを注入する第3工程と、 ソース・ドレイン領域の形成後、半導体基板の全面にL
    TO絶縁膜及びBPSG膜を形成してリフロー工程を実
    施してから、セルアレイ領域の金属配線膜と周辺回路領
    域の金属配線膜とを形成する第4工程とを含んでなるこ
    とを特徴とする半導体メモリ装置の製造方法。
  13. 【請求項13】 第3工程は、 半導体基板の全面に第3多結晶シリコンを形成し、第2
    工程で形成された第1多結晶シリコン膜の上部の接触窓
    で第1多結晶シリコン膜と第3多結晶シリコン膜とを相
    互に接続させた後、第3多結晶シリコン膜の上面にシリ
    サイド膜を形成する第1段階と、 半導体基板の全面に感光膜パターンを形成し、該感光膜
    をマスクとしてシリサイド膜、第3多結晶シリコン膜、
    第2多結晶シリコン膜、層間絶縁膜、及び第1多結晶シ
    リコン膜を順次蝕刻することにより、セルアレイ領域上
    にはストレージセルトランジスタの二重層ゲート電極を
    形成すると同時に、周辺回路領域上には二重層が相互に
    接続されたトランジスタのゲート電極を形成する第2段
    階と、 前記感光膜をマスクとして半導体基板の全面にイオン注
    入を実施して拡散させ、ストレージセルトランジスタの
    ソース・ドレイン領域、及び周辺回路領域のトランジス
    タのソース・ドレイン領域を形成する第3段階と、を連
    続的に実施するようになっている請求項12記載の半導
    体メモリ装置の製造方法。
  14. 【請求項14】 層間絶縁膜は、酸化膜/窒化膜/酸化
    膜の順に形成された多層構造の膜である請求項12記載
    の半導体メモリ装置の製造方法。
  15. 【請求項15】 第3多結晶シリコン膜を形成する前に
    第2多結晶シリコン膜の表面の自然酸化膜を除去する蝕
    刻工程をさらに実施するようになっている請求項12記
    載の半導体メモリ装置の製造方法。
  16. 【請求項16】 周辺回路領域の金属配線膜は、第3多
    結晶シリコン膜と第1多結晶シリコン膜とが相互に接続
    している接触窓部位で、シリサイド膜を介して第3多結
    晶シリコン膜とつながるようにされる請求項12記載の
    半導体メモリ装置の製造方法。
  17. 【請求項17】 シリサイド膜はタングステンシリサイ
    ド膜である請求項12記載の半導体メモリ装置の製造方
    法。
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