JPH0799772B2 - 不揮発性半導体記憶装置 - Google Patents

不揮発性半導体記憶装置

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JPH0799772B2
JPH0799772B2 JP61168537A JP16853786A JPH0799772B2 JP H0799772 B2 JPH0799772 B2 JP H0799772B2 JP 61168537 A JP61168537 A JP 61168537A JP 16853786 A JP16853786 A JP 16853786A JP H0799772 B2 JPH0799772 B2 JP H0799772B2
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    • 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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  • Internal Circuitry In Semiconductor Integrated Circuit Devices (AREA)
  • Semiconductor Memories (AREA)
  • Non-Volatile Memory (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) この発明はデータの書込みが可能であり、一度書込まれ
たデータをを半永久的に保持する不揮発性半導体記憶装
置に関する。
(従来の技術) 不揮発性半導体記憶装置、特にフローティングゲートを
有するEPROM(イレーサブル・プログラマブル・ロム)
はメモリセルの素子構造が簡単であるため、高集積化に
適している。このため、現在では256Kビット、512Kビッ
ト、1Mビットなどの大容量のものが開発、実用化されて
いる。他方では、システムの高度化が進むにつれ、より
高速動作が可能となり、信頼性が高いEPROMの必要性が
増大している。
従来、EPROMの高速化は、例えば、「シンポジウム オ
ン VLSI テクノロジー 1984年、ダイジェスト オブ
テクニカル ペーパーズ 第40項」に示されるよう
に、多結晶シリコン層の表面にチタンシリサイド層を形
成することによってワード線の抵抗を低減する方法や、
あるいはワード線を多結晶シリコン層とモリブデンシリ
サイド層の二層からなるいわゆるポリサイド構造にして
低抵抗化する方法が試みられている。
しかしながら、これらの基本となるEPROMセルでは、電
気的に他とは絶縁されたフローティングゲート中に蓄積
された電子が動作中に放出されることなく、長時間保持
されなけれならない。
第2図は、上記したようにワード線をポリサイド構造に
して低抵抗化した従来のEPROMのメモリセルアレイ部分
の構成を示すものであり、第2図(a)はパターン平面
図、第2図(b)は同図(a)のA−A′線に沿った断
面図である。図において、31はP型のシリコン半導体基
板32はこの基板31の表面上に選択的に形成されたフィー
ルド絶縁膜、33はN型拡散領域で構成されたソース領
域、34は同じくN型拡散領域で構成されたドレイン領
域、35は上記ソース領域33とドレイン領域34との間に設
けられたチャネル領域、36はこのチャネル領域上に設け
られたゲート絶縁膜、37はこのチャネル領域上に設けら
れたゲート絶縁膜、37は第1層目の多結晶シリコン層で
構成されたメモリセルのフローティングゲート、38はこ
れらフローティングゲート37を覆うように設けられたゲ
ート絶縁膜、39は第2層目の多結晶シリコン層で構成さ
れメモリセルのコントロールゲートを兼ねたワード線、
40はこのワード線39上に直接設けられ、ワード線39の低
抵抗化を図るモリブデンシリサイド層、41は金属、例え
ばアルミニウムで構成されたビット線、42はメモリセル
の各ドレイン領域34と各ビット線41とを接続するコンタ
クトホールである。
このような構成において、フローティングゲート37にお
ける電荷保持特性は、このフローティングゲート37を取
り囲んでいるゲート絶縁膜36及び38(これらは通常はシ
リコン酸化膜で構成されている)の特性に依存してい
る。このため、リーク電流が流れ易いバリアハイトの低
いシリコン酸化膜では十分な保持特性が得られず、信頼
性が低下する。
このため、前記のようにチタンシリサイド層を多結晶シ
リコン層の表面に形成する方法は、チタンシリサイド層
を形成する以前に、フローティングゲートを被覆するシ
リコン酸化膜の形成工程が全て完了しており、良質のシ
リコン酸化膜でフローティングゲートを被覆することが
可能である。しかし、チタンシリサイド層に含まれるチ
タンは極めてシリコン酸化膜との反応性が高く、既に形
成されたシリコン酸化膜と激しく反応しかつ多結晶シリ
コンのグレイン境界に沿って多結晶シリコン中を上方か
ら下方に拡散し、シリコン酸化膜の特性を著しく劣化さ
せてしまうことが判明した。
他方、第2図に示されるように、実質的なワード線を第
2層目の多結晶シリコン層とモリブデンシリサイド層40
の積層膜で構成する場合、通常の工程では、まず、フロ
ーティングゲート37上にゲート絶縁膜38を堆積した後に
第2層目の多結晶シリコン層とモリブデンシリサイド層
40とを連続的に堆積し、フォトリソグラフィ技術を用い
てパターニングした後にセルフアラインエッチング技術
を用いえモリブデンシリサイド層40、第2層目の多結晶
シリコン層、ゲート絶縁膜38及びフローティングゲート
37を順次エッチングする。そして、この後に拡散を行な
ってソース領域33とドレイン領域34とを形成し、さらに
酸化法によりモリブデンシリサイド層40、第2層目の多
結晶シリコン層及びフローティングゲート37の表面をシ
リコン酸化膜で被覆するようにしている。このため、フ
ローティングゲート37の表面に形成されるシリコン酸化
膜中には微量のモリブデンが混入し、これによりフロー
ティングゲート37のリーク特性が悪化することが確認さ
れている。また、このような工程で形成されるモリブデ
ンシリサイド層40はフローティングゲート37のエッジ部
分の急峻な段差を何回も横ぎるめ、このエッジ部分でモ
リブデンシリサイド層40に段切れが生じて抵抗が大きく
なってしまう。
このように従来では、信頼性が高く、ワード線の低抵抗
化が図られた記憶回路を構成することは困難である。
(発明が解決しようとする問題点) このように、従来の不揮発性半導体記憶装置では信頼性
が高く、ワード線の低抵抗化を図ることが困難であると
いう欠点がある。
この発明は上記のような事情を考慮してなされたもので
あり、その目的はワード線の低抵抗化を図ることがで
き、かつ信頼性も十分に高い不揮発性半導体記憶装置を
提供することにある。
[発明の構成] (問題点を解決するための手段) この発明の不揮発性半導体記憶装置は、拡散領域で構成
され一方向に延長して設けられたソース領域と、上記ソ
ース領域と平行し、かつソース領域を挟むように設けら
れた一対の第1ワード線と、上記一対の一方の第1ワー
ド線を挟んで上記ソース領域と対向する位置に設けられ
た拡散領域で構成された複数の第1ドレイン領域と、上
記一対の他方の第1ワード線を挟んで上記ソース領域と
対向する位置に設けられかつ上記複数の第1ドレイン領
域のうち互いに隣接する2カ所の第1ドレイン領域間に
対応する位置に設けられた拡散領域で構成された複数の
第2ドレイン領域と、上記第1ワード線と交差する方向
に延長して形成され、上記複数の各第1ドレイン領域に
電気的に接続された複数の第1ビット線と、上記第1ワ
ード線と交差する方向に延長しかつ上記第1ビット線と
平行するように形成され、上記複数の各第2ドレイン領
域に電気的に接続された複数の第2ビット線と、上記各
第1ワード線下部の各ソース、ドレイン領域相互間に位
置するチャネル領域と、上記各チャネル領域上でかつ上
記各第1ワード線下部にそれぞれ設けられ、電気的に浮
遊状態にされた浮遊ゲート電極と、上記一対の第1ワー
ド線相互間で少なくとも一部が上記ソース領域上に配置
され、上記一対の第1ワード線に電気的に接続された第
2ワード線とから構成されている。
(作用) この発明の不揮発性半導体記憶装置では、一対の第1ワ
ード線相互間でかつソース領域上に第2ワード線を配置
形成し、この第2ワード線を一対の第1ワード線に電気
的に接続することにより、ワード線の低抵抗化を実現し
ている。さらに、一対の第1ワード線に対して第2ワー
ド線を一本のみ形成することにより、セル面積の増加を
防止している。
(実施例) 以下、図面を参照してこの発明の一実施例を説明する。
第1図はこの発明の不揮発性半導体記憶装置の一実施例
の構成を示すものであり、第1図(a)はメモリセルア
レイ部分のパターン平面図、第1図(b)は同図(a)
のA−A′線に沿った概略的な断面図である。図におい
て、11はP型のシリコン半導体基板、12はこの基板11の
表面上に選択的に形成されたフィールド絶縁膜である。
また、13はN型拡散領域で構成され、複数のメモリセル
に対して一体形成されたソース領域であり、このソース
領域13は第1図(a)中で横方向に延長して形成されて
いる。14は同じくN型拡散領域で構成された各メモリセ
ルのドレイン領域であり、これらドレイン領域14は第1
図(a)中で上記ソース領域13を中心にしてメモリセル
1個毎に上側と下側とで交互に形成されている。すなわ
ち、ソース領域13を中心にしてそれよりも下側に配置さ
れている複数の各ドレイン14は、ソース領域13を中心に
してそれよりも上側に配置されている複数のドレイン14
のうち互いに隣接する2カ所のドレイン領域間に対応す
る位置にそれぞれ設けられている。そして、上記ソース
領域13と各ドレイン領域14との間にはそれぞれのメモリ
セルのチャネル領域15が設定されている。16はこれら各
チャネル領域15上に設けられた例えばシリコン酸化膜な
どからなるゲート絶縁膜であり、17は各ゲート絶縁膜16
上に第1層目の多結晶シリコン層を堆積して構成された
各メモリセルのフローティングゲートである。また、18
はこれら各フローティングゲート17を被覆するように設
けられた例えばシリコン酸化膜などからなるゲート絶縁
膜である。
19Aは第2層目の多結晶シリコン層で構成され、第1図
(a)中、ソース領域13を中心にして上側にドレイン領
域14が形成される複数の各メモリセルのコントロールゲ
ートを兼ねた一方の第1ワード線であり、19Bは同じ第
2層目の多結晶シリコン層で構成され、ソース領域13を
中心にして下側にドレイン領域14が形成される複数の各
メモリセルのコントロールゲートを兼ねた他方の第1ワ
ード線である。なお、この一対の第1ワード線19A及び1
9Bには同一の信号が供給される。また、上記一対のワー
ド線19A、19B相互間の上記ソース領域13上には絶縁膜を
介して、下層が多結晶シリコン層20で、上層がシリコン
と高融点金属、例えばモリブデン、チタン、タングステ
ン、タンタルなどとの化合物層からなる高融点金属シリ
サイド層21で構成された第2ワード線22が設けられてい
る。この第2ワード線22は上記メモリセルの数個おき毎
にその一部が上記一対の各第1ワード線19A、19Bそれぞ
れと重なるように構成されており、この重なり部分にお
いてこの第2ワード線22はコンタクトホール23を通して
上記第1ワード線19A、19Bそれぞれと接続されている。
さらに上記一対の第1ワード線19A、19Bそれぞれと直交
するように例えばアルミニウムなどの金属で構成された
複数のビット線24が延長形成されている。そして、上記
各ビット線24はコンタクトホール25を通して上記各ドレ
イン領域14と接続されている。
このような構成の記憶装置では、一対の第1ワード線19
A、19Bに対して金属を含む低抵抗の第2ワード線22を接
続するようにしたので、ワード線の低抵抗化を実現する
ことができる。
なお、上記実施例装置では、ソース領域13を挟んで形成
された一対の第1ワード線19A、19Bに同一の信号を印加
するようにしているが、ソース領域13を中心にして上側
と下側とでメモリセルが交互に形成されているので、ビ
ット線24との組合せによりいずれか一つのメモリセルを
選択することができる。このため、2本の第1ワード線
19A、19Bに対して1本の第2ワード線22を配置して共通
に使用することができる。
また、第2ワード線22はソース領域13上で2本の第1ワ
ード線19A、19Bの相互間に配置しており、従来装置では
利用されていない無駄なスペースが有効に利用でき、か
つ第2ワード線22の配線幅を十分に広くとることができ
るために、ワード線の配線抵抗の低減化をより効果的に
行なうことができる。
さらに、第2ワード線22は、数セル毎にコンタクトホー
ル23を介して第1ワード線19A、19Bに接続されているの
で、第1ワード線形成用の第1層目の多結晶シリコン層
を堆積形成した後、基板表面を平坦化してから第2ワー
ド線22を形成することができる。このため、従来装置の
ように下地層の段差に基づく段切れが第2ワード線22に
生じることがなく、ワード線抵抗の異常な増加による信
頼性の低下を防止することができる。
また、第2ワード線22と第1ワード線19とを接続するコ
ンタクトホール23はフローティングゲート17から離れて
開口することができ、これにより、フローティングゲー
ト17を被覆するゲート絶縁膜18を除去してフローティン
グゲート17の表面を露出させるような工程は行われな
い。また、従来のポリサイド構造のEPROMセルの製造工
程のように、シリサイド層が露出した状態でフローティ
ングゲートを被覆するシリコン酸化膜の形成工程は不要
である。このため、フローティングゲート17を被覆する
ゲート絶縁膜18には金属などの不純物が混入する恐れは
なく、従ってフローティングゲート17の電荷保持特性と
信頼性を十分に向上させることができる。
[発明の効果] 以上説明したようにこの発明によれば、ワード線の低抵
抗化を図ることができ、かつ信頼性も十分に高い不揮発
性半導体記憶装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例の構成を示すものであり、
第1図(a)はパターン平面図、第1図(b)は断面
図、第2図は従来装置の構成を示すものであり、第2図
(a)はパターン平面図、第2図(b)は断面図であ
る。 11……P型のシリコン半導体基板、12……フィールド絶
縁膜、13……ソース領域、14……ドレイン領域、15……
チャネル領域、16……ゲート絶縁膜、17……フローティ
ングゲート、18……ゲート絶縁膜、19……第1ワード
線、20……多結晶シリコン層、21……高融点金属シリサ
イド層、22……第2ワード線、23……コンタクトホー
ル、24……ビット線、25……コンタクトホール。
───────────────────────────────────────────────────── 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 (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】拡散領域で構成され一方向に延長して設け
    られたソース領域と、 上記ソース領域と平行し、かつソース領域を挟むように
    設けられた一対の第1ワード線と、 上記一対の一方の第1ワード線を挟んで上記ソース領域
    と対向する位置に設けられた拡散領域で構成された複数
    の第1ドレイン領域と、 上記一対の他方の第1ワード線を挟んで上記ソース領域
    と対向する位置に設けられかつ上記複数の第1ドレイン
    領域のうち互いに隣接する2カ所の第1ドレイン領域間
    に対応する位置に設けられた拡散領域で構成された複数
    の第2ドレイン領域と、 上記第1ワード線と交差する方向に延長して形成され、
    上記複数の各第1ドレイン領域に電気的に接続された複
    数の第1ビット線と、 上記第1ワード線と交差する方向に延長しかつ上記第1
    ビット線と平行するように形成され、上記複数の各第2
    ドレイン領域に電気的に接続された複数の第2ビット線
    と、 上記各第1ワード線下部の各ソース、ドレイン領域相互
    間に位置するチャネル領域と、 上記各チャネル領域上でかつ上記各第1ワード線下部に
    それぞれ設けられ、電気的に浮遊状態にされた浮遊ゲー
    ト電極と、 上記一対の第1ワード線相互間で少なくとも一部が上記
    ソース領域上に配置され、上記一対の第1ワード線に電
    気的に接続された第2ワード線と を具備したことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
  2. 【請求項2】前記第2ワード線が多結晶シリコン層及び
    シリコンと高融点金属の化合物層からなる積層膜で構成
    されている特許請求の範囲第1項に記載の不揮発性半導
    体記憶装置。
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