JPH0752767B2 - 不揮発生半導体装置の製造方法 - Google Patents

不揮発生半導体装置の製造方法

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JPH0752767B2
JPH0752767B2 JP63265391A JP26539188A JPH0752767B2 JP H0752767 B2 JPH0752767 B2 JP H0752767B2 JP 63265391 A JP63265391 A JP 63265391A JP 26539188 A JP26539188 A JP 26539188A JP H0752767 B2 JPH0752767 B2 JP H0752767B2
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    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • 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)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は不揮発性半導体装置の製造方法に係り、特にMO
S型のUV EPROM(Erasable Programable Read Only Memo
ry)のメモリセルアレイの製造方法に関する。
〔従来の技術〕
従来、この種のメモリとして多くフローティング・ゲー
ト型メモリーデバイスを用いており、このメモリーデバ
イスは通常アバランシュ注入ないしはチャネル注入によ
り書き込まれ、また紫外線照射により消去される。
これらのメモリーデバイスのセル・アレイの外表的なレ
イアウトでは、セルは対をなして配置されており、そし
て各セルの対は一個のコンタクト31を介して、フローテ
ィング・ゲート34上を横断する上層の金属配線32に接続
している(第3図)。従って、セル当り1/2コンタクト
を要するものとなっている。これらのコンタクト31は、
半導体基板における比較的大きな平面積を占有し、これ
はセルの集積化に対する一つの障害となっている。そこ
で、この欠点を除去するため、これらコンタクト31が少
なくてすむようにした(例えば16個のセル当り一個のコ
ンタクト)メモリーセルアレイの製造方法が知られてい
る。
この方法について、以下に述べる。
この方法を理解するため、先ず電気的構造で表わした完
成アレイについて説明する。第5図(a)に示すよう
に、4個のフローティング・ゲート型メモリーセル41,4
2,43,44が配置されていて、これらのうち例えばセル41
の読み出し、若しくは書込みを行う時には、適当な信号
を第1のワードライン45、及び第2のビットライン48に
供給し、第1のビットライン47は接地して、残りの第3
のビットラインをオープンとする。
また、残りの第2のワードラインは接地する。このよう
にして、一般的に行われているように複数のセルを読出
したり、書込んだりすることができる。
第5図(b)、第5図(c)に示すように、前述した各
々のメモリーセルは、他のセルと共有する、半導体基板
53上に設けられた一対の隔離したドープ領域50(ビット
ライン)を有している。全セルのフローティング・ゲー
ト51は、ビットラインに並列な第一の多結晶シリコン・
ラインから形成され、チャネル領域52上で、ドープ領域
50間に設けられる。第1,第2のワードライン45,46は、
第二多結晶シリコン層で形成され、ドープ領域50上とチ
ャネル領域52上とを横断している。
次に、前述した従来の製造方法を述べる。
第6図(a)乃至第6図(h)は従来の製造方法を工程
順に示した断面図または平面図である。まず、第6図
(a)、第6図(b)に示すように、セル・アレイ部10
1において、P型の半導体基板102の主表面上に酸化膜10
3を成長し、次いでその上に第一の多結晶シリコン層104
を形成し、続いてさらにその上に窒化シリコン膜105を
形成する。次に、マスキング及びエッチング工程によ
り、相互に平行で相互に離れた複数のライン106を形成
する。第6図(a)にも示すように、各ライン106は、
酸化膜103第一の多結晶シリコン層104、窒化シリコン膜
105より成る。続いて、リンまたはヒ素を導入して、細
長いドーピング領域107を、ライン106間の基板上に形成
する。この領域107が後にセル・アレイの下層のビット
ラインとなる。次に、第6図(c)に示すように酸化膜
108を熱酸化法によりアレイ上に成長させる。この時、
酸化膜108は窒化シリコン膜105上ではほとんど成長せ
ず、ドープ領域107上と第一の多結晶シリコンライン104
の両側面とに成長する。次いで、窒化シリコン105のラ
インを除去した後、第6図(d)に示すように新たに絶
縁膜109を形成し直し、その上に第二の多結晶シリコン
層110をつけ、第6図(e)に示すように、マスキング
及びエッチング工程により、相互に平行で相互に離れた
複数の多結晶シリコンライン111を形成する。これらラ
イン111は、ライン106と直交し、かつドープ領域107上
とライン106上とを横断している。
次に、第6図(f)に示すように、ライン106をカバー
している絶縁膜と、その下の第一の多結晶シリコン層10
4を、前述した第二の多結晶ライン110に自己整合的にエ
ッチング除去する。すなわち第5図(g)に示すよう
に、セグメント113等が除去される。次に第6図(h)
に示すように、アレイ上に絶縁膜を形成した後、金属ラ
イン114をドープ領域107上に形成する。この金属ライン
114が上層のビットラインとなる。あらかじめ、ライン1
07に沿って、周期的にコンタクト115を形成していて、
ライン107と下層のドープ領域107とが接続される。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかし、前述した従来の製造方法では、下層のビット・
ライン(金属ライン114)がn+拡散層で形成されている
ので、セルのドレイン及びソースに比較的大きな抵抗が
付き、セルの読出しスピード並びに書込みスピードが遅
くなるという欠点がある。この抵抗を下げる一つの方法
として、上層の金属ビットラインと下層のビット・ライ
ンとの接続点を増やせばよいが、セルアレイの集積度が
下がることになる。また、n+拡散層を深く形成して低抵
抗化を計ると、n+拡散層は横方向にも広がり、チャンネ
ル長が短くなって、パンチ・スルー等の悪影響が生じ
る。
このように従来の方法では、セル・アレイの集積度を損
なうことなく、ビットライン(ソース,ドレイン)の低
抵抗化を計ることは困難である。さらに、前述した方法
では、ドープ領域上に熱酸化膜を形成する際に生じるバ
ーズ・ビークとドープ領域のエッジとが重なるためソー
ス・ドレイン拡散層の接合リーク特性が悪化するという
欠点もある。
本発明の目的は、前記欠点を解決し、セル・アレイの集
積密度が高く、セルの読出し、書込みスピードが比較的
早く、パッチ・スルーが発生せず、接合リーク特性を良
好にする不揮発性半導体装置の製造方法を提供すること
にある。
〔課題を解決するための手段〕
本発明の不揮発性半導体装置の製造方法の構成は、一導
電型の半導体板上に、第1の絶縁膜、第1の多結晶シリ
コン層、第2の絶縁膜の少なくとも三層からなる第1の
ラインを相互に離間して複数形成する工程と、この表面
に第3の絶縁膜を形成する工程と、異方性のエッチング
に依り前記第3の絶縁膜のうち少なくとも前記第1のラ
インの側壁を残して除去する工程と、前記第1のライン
間の基板に溝を形成する工程と、前記溝に逆導電型の不
純物を導入して、表面に逆導電型のドープ領域を形成す
る工程と、前記溝を導体材で埋め込み、前記ドープ領域
と接続する工程と、前記第1のライン、前記溝表面のド
ープ領域、前記導体材から絶縁され、かつ相互に離間し
た複数の第2の多結晶リシコンラインを、前記第1のラ
インを横断し、前記第1のライン上と前記ドープ領域
上、前記導体材上に横たわるように形成する工程と、前
記第1のラインを前記第2のラインに対して自己整合的
にエッチングして、前記第1のラインから複数のフロー
ティング・ゲートを形成する工程とを備えたことを特徴
とする。
〔実施例〕
第1図(a)乃至第1図(j)は本発明の第1の実施例
の不揮発性半導体装置の製造方法を工程順に示した断面
図または平面工程図である。
まず、第1図(a)、第1図(b)に示すように、セル
・アレイ部90において、P型の半導体基板1の主表面上
に、酸化膜2を設け、次いでその上に第一の多結晶シリ
コン層3を形成し、続いてその上に比較的厚い窒化シリ
コン膜4を形成する。次に、マスキング及びエッチング
工程により、相互に平行で相互に離れている複数のライ
ン5を形成する。各ライン5は、酸化膜2、多結晶シリ
コン層3,窒化シリコン膜から成る。次に、全表面に比較
的薄い窒化シリコン膜6を全面に形成する(第1図
(c))。
次に、適度な時間異方性エッチングを行い、ライン5間
の半導体基板7上の窒化シリコン膜を除去すると同時
に、ライン5の側壁に窒化シリコン膜6を残す(第1図
(d))。次に第1図(e)に示すように、ライン間の
基板7をエッチングして、溝を形成する。この時、窒化
シリコン膜4及び6は、マスク材として働く。続いて、
n型の不純物を基板に導入して(例えば、斜めイオン注
入)、溝の表面にn型ドープ領域8を形成する。次に第
1図(f)に示すように、溝を導体材9で埋め込む。こ
の方法の例として、CVDタングステンの選択成長、すな
わちシリコン基板が露出した溝表面にのみタングステン
を形成して、このタングステンで溝を埋めることや、あ
るいは気相成長法により全面にn型不純物を導入した多
結晶シリコン層を成長した後にエッチ・バックを行うこ
とによって、多結晶シリコンで溝を埋める方法を提案す
る。この時、ライン5の側壁の窒化シリコン膜6は、導
体材9と多結晶シリコン層の短絡を防ぐ働きをする。次
に、酸化膜10を熱酸化法によりアレイ上に成長させる
が、窒化シリコン膜4及び6が耐酸化性を持つため、導
体材の上にのみ酸化膜10が成長し、ライン5間が埋ま
る。この時、窒化シリコン膜6は、バーズ・ビークの多
結晶シリコン層3下への侵入を防ぐ役割をする(第1図
(f))。
次に第1図(g)に示すように、窒化シリコン膜6及び
4を除去した後、新たに主表面に酸化膜11を熱酸化法に
より形成し、その上に第二の多結晶シリコン層12をつ
け、第1図(h)に示すようにマスキング及びエッチン
グ工程により、相互に平行で相互に離れた複数本の多結
晶シリコンライン13を形成する。これらライン13は、ラ
イン5と直交し、かつ導体材領域14上及びライン5上を
酸化膜を介して、横断している。ここで、第二多結晶シ
リコン層12のパターニング用のマスク材は、残してお
く。
なお、第1図(h)、第1図(i)、第1図(j)で
は、わかりやすく説明するために、この酸化膜を透かし
て、下の層が見えるようにしてある。
次に、ライン5をカバーしている酸化膜を、ライン13に
自己整合的に除去し、その部分の第一多結晶シリコン層
3を露出する(第1図(i))。次に露出した第一多結
晶シリコン層3をライン13に自己整合的に除去すること
により、複数のフローティング・ゲートを形成する。例
えば、セグメント16の部分が除去される。その後第1図
(j)に示すように、マスク材15を除去する(第1図
(h))し、下の多結晶シリコン13等を露出し、その後
は従来方法と同じように、EPROMセル・アレイを完成す
る。
第2図(a)乃至第2図(c)は、本発明の第2の実施
例の不揮発性半導体装置の製造方法を工程順に示した断
面図である。
本実施例の製造方法は、前記第1の実施例で示した第1
図(e)の行程まで、すなわちライン5間に溝をほっ
て、この溝の表面にn型ドープ領域を形成する所までと
同じである。本実施例では、これらの溝を導体材で埋め
た後、セル・アレイ表面に厚い酸化膜20を気相成長法に
より形成した後、ドライエッチにおけるエッチングレー
トが酸化膜20のそれにほぼ等しいような塗布膜21を塗っ
て、表面を平坦化する(第2図(a))。次に、第1の
多結晶シリコン層22の表面が露出するもので全面にドラ
イ・エッチングを行う(第2図(b))。次に第1多結
晶シリコン層22上に酸化膜23をつけ直した後、第2の多
結晶シリコン層24を形成する(第2図(c))。
本実施例では、このように第2の多結晶シリコン・ライ
ンが段差のない平坦な下地の上に形成されるので、第1
の実施例と比較してワード線の抵抗の上昇を押さえるこ
とができるという利点がある。
第3図(a)乃至第3図(d)は、本発明の第3の実施
例の不揮発性半導体装置の製造方法の一部を工程順に示
した断面図である。
本発明の製造方法は、前記第1の実施例で示した第1図
(d)の工程まで、すなわち、P型の半導体基板1の主
平面上に複数のライン5を形成し、それらラインの側壁
に窒化シリコン膜6を形成するところまで同じである。
本実施例では、まず、第3図(a)に示すように、これ
らライン間の基板をエッチングして溝を形成した後、セ
ル・アレイ表面に多結晶シリコン層25を形成する。次
に、第3図(b)に示すように、n型の不純物を熱拡散
法により基板に導入して(例えばリン拡散)溝の表面に
n型ドープ領域8を形成する。次に、第3図(c)に示
すように、全表面に比較的厚い導体材26を形成し、溝を
完全に埋め込む。次に、第3図(d)に示すように、適
度な時間、エッチングを行い、溝の中のみ、多結晶シリ
コン層及び導体材を残すようにする。以降は、第1図
(f)以下、或いは第2図(a)以下と同様である。
本実施例では、このように溝表面のn型ドープ領域を、
多結晶シリコン層を介してのn型不純物の拡散によって
形成するので、第一の実施例と比較して(イオン注入に
よる)ダメージがなく、また、より均一な深さのn型領
域が形成可能である。
以上本発明は、第1の多結晶シリコン・ライン間に、あ
らかじめ溝を掘り、その表面をドープした後、この溝を
導体材料で埋めることにより、下層のビットライン(ソ
ース及びドレイン)を形成するという特徴を有する。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明は、セル・アレイ部の第1
多結晶シリコン・ライン間に溝を掘り、その表面をドー
プした後、この溝を導体材で埋め込み、これをビットラ
イン(ソース及びドレイン)とすることにより、下層の
ビットラインの有効な低抵抗化を計りながら、チャンネ
ル長の制御性にもすぐれたEPROMセル・アレイの製造が
可能となり、この結果、上層の金属ラインと下層のビッ
ト・ラインとの接続は少なくてすむので、より高集積な
EPROMセル・アレイの製造が可能となる効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)は発明の第1の実施例の不揮発性半導体装
置の製造方法の一工程を示す断面図、第1図(b)は第
1図(a)の平面図、第1図(c)乃至第1図(g)は
第1図(a)の後工程を工程順に示す断面図、第1図
(h)は第1図(g)の平面図、第1図(i),第1図
(j)は第1図(h)の後工程を工程順に示す平面図、
第2図(a)乃至第2図(c)は本発明の第2の実施例
の不揮発性半導体装置の製造方法の一部を工程順に示す
断面図、第3図(a)乃至第3図(d)は、本発明の第
3の実施例の不揮発性半導体装置の製造方法の一部を工
程順に示す断面図、第4図は従来の不揮発性半導体装置
の製造方法を示す平面図、第5図(a)は第3図の等価
回路を示す回路図、第5図(b)は第5図(a)を構造
を示す平面図、第5図(c)は第5図(b)の断面図、
第6図(a)は従来の不揮発性半導体装置の製造方法の
一工程を示す断面図、第6図(b)は第6図(a)の平
面図、第6図(c),第6図(d)は第6図(a)の後
工程を工程順に示す断面図、第6図(e)乃至第6図
(h)は第6図(d)の後工程を工程順に示す平面図で
ある。 1,102……P型の半導体基板、2,10,11,20,23,108……酸
化膜、3,22,104……第1の多結晶シリコン層、4,6,105
……窒化シリコン膜、5,106……第1の多結晶シリコン
・ライン、7……ライン間の基板、8,107……n型ドー
プ領域、9,26……導体材、12,24,110……第2の多結晶
シリコン層、13,111……第2の多結晶シリコン・ライ
ン、14……導体材料領域、15,112……マスク材、16,113
……セグメント、21……塗布膜、25……多結晶シリコ
ン、31,115……コンタクト、32,114……金属配線、33…
…フィールド酸化膜、34,51……フローティング・ゲー
ト、41,42,43,44……メモリ・セル、47,48,49……ビッ
トライン、45,46……ワードライン。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01L 29/792

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】一導電型の半導体基板上に第1の絶縁膜、
    第1の多結晶シリコン層、第2の絶縁膜の少なくとも三
    層からなる第1のラインを相互に離間して複数形成する
    工程と、この表面に第3の絶縁膜を形成する工程と、異
    方性のエッチングに依り前記第3の絶縁膜のうち少なく
    とも前記第1のラインの側壁を残して除去する工程と、
    前記第1のライン間の基板に溝を形成する工程と、前記
    溝に逆導電型の不純物を導入して、表面に逆導電型のド
    ープ領域を形成する工程と、前記溝を導体材で埋め込
    み、前記ドープ領域と接続する工程と、前記第1のライ
    ン、前記溝表面のドープ領域、前記導体材から絶縁さ
    れ、かつ相互に離間した複数の第2の多結晶シリコンラ
    インを、前記第1のラインを横断し、前記第1のライン
    上と前記ドープ領域上、前記導体材上に横たわるように
    形成する工程と、前記第1のラインを前記第2のライン
    に対して自己整合的にエッチングして、前記第1のライ
    ンから複数のフローティング・ゲートを形成する工程と
    を備えたことを特徴とする不揮発性半導体装置の製造方
    法。
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