JPH08115988A - 電気的に消去可能なプログラマブル・メモリおよびその製造方法 - Google Patents

電気的に消去可能なプログラマブル・メモリおよびその製造方法

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JPH08115988A
JPH08115988A JP7256188A JP25618895A JPH08115988A JP H08115988 A JPH08115988 A JP H08115988A JP 7256188 A JP7256188 A JP 7256188A JP 25618895 A JP25618895 A JP 25618895A JP H08115988 A JPH08115988 A JP H08115988A
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memory
gate
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 薄い窒化物層で覆われた分離構造間にフロー
ティング・ゲート構造を閉じ込めることによって、電気
的に消去可能なEEPROMにおいて、パッケージング
密度,性能,製造歩留りを改善する。 【解決手段】 フローティング・ゲート24の閉じ込め
は、セルフ・リミティング化学/機械的研磨プロセスに
よって、窒化物層の表面まで、平坦化することにより行
う。次に、ほぼ平坦な表面に、ゲート酸化物25および
制御電極26の接続を形成する。これら接続が形成され
る面の激しいトポグラフィが避けられるので、金属接続
を含む低抵抗接続の改善された形成が可能となり、メモ
リセルのトランジスタの縮小が可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、一般には、プロ
グラマブル・リードオンリ・メモリ(PROM)に関
し、特に、高集積密度の電気的に消去可能なプログラマ
ブル・リードオンリ・メモリ(EEPROM)の形態
の、いわゆるフラッシュ・メモリに関するものである。
【0002】
【従来の技術】特に、デジタル回路およびデータ処理シ
ステムは、種々の目的で、かつ、それらの特性から種々
の利点を引き出すために、異なる種類の記憶デバイスを
用いることができる。例えば、入力シーケンスに対して
一定のシーケンスで出力信号を与える、特定種類のレジ
スタ(例えば、ファーストイン・ファーストアウト(F
IFO)バッファ)は、データの識別性すなわちデータ
が記憶されているときに、データがいかに後にアクセス
されるかを示す追加の情報を記憶する必要を避けること
ができる。他の種類のメモリ構造は、データが、アドレ
スに基づいて取り出されることを可能にする。後者の種
類のデバイスの例は、ランダム・アクセス・メモリおよ
びリードオンリ・メモリである。
【0003】既知のように、前者の種類のメモリは、ダ
イナミックRAMの周期的リフレッシュ、またはスタテ
ィックRAMにおける増加デバイス・カウントを与える
ような、構造の複雑性を犠牲にして、メモリに記憶され
たデータを、任意に変えることを可能にする。しかし、
これらの複雑性の多くは、記憶されたデータが一定であ
り、またはめったに変化しない、後者の種類のメモリに
おいて避けることができる。多くの種類のリードオンリ
・メモリは、不揮発性であり、デバイスを電源から切り
離すことができる期間中のデバイス動作に関する、コマ
ンドまたはデータを記憶するのに使用することができ
る。
【0004】データを時々変更することを必要とする応
用の場合には、いわゆるプログラマブル・リードオンリ
・メモリがしばしば用いられる。このようなメモリは、
紫外線による照射のような特別の設備、またはメモリ内
容の書直しを実現する特別目的の回路(電気的に消去可
能なリードオンリ・メモリ(EEPROM)と呼ばれ
る)を、しばしば必要とする。そして、セルが個々に消
去され、再書込みされなければならないとき、低速応答
を強いられる。このプロセスを高速にするために、メモ
リのセクションが1回の動作で消去され、書込み速度が
増大されている、いわゆるフラッシュ・メモリが開発さ
れている。
【0005】一般にEEPROMおよび特にフラッシュ
・メモリは、いわゆるフローティング・ゲートを有する
トランジスタを形成することによって動作する。フロー
ティング・ゲートは、一般にトンネル酸化物層または単
にトンネル酸化物と呼ばれる非常に薄い酸化物層によ
り、電荷源から分離されている。制御ゲートは、フロー
ティング・ゲート上に形成されているが、通常の電界効
果トランジスタ(FET)のゲート酸化物と同様の厚さ
を有する厚い酸化物によって、フローティング・ゲート
から分離されている。適切な電圧の印加によって、フロ
ーティング・ゲートの下側に電荷が集まったときに、制
御ゲートに電圧を印加することによって、トンネル酸化
物を経て電子を転送して、フローティング・ゲートに電
子を蓄積することを、達成できる。その後に、フローテ
ィング・ゲートに蓄積された電荷を、電荷が消去によっ
て除去されるまでに、フローティング・ゲートの下側の
チャンネルのコンダクタンスによって検出することがで
きる。
【0006】フラッシュ・メモリの再書込みに用いられ
る1つの方法は、チャンネル・ホット電子(CHE)の
注入である。これは、一般には、外部高圧電源を必要と
する。しかし、Fowler−Nordheimトンネ
ルを用いるNAND形フラッシュ・メモリが提案されて
おり、このメモリは、すべての動作に対し5Vの電源の
みを用いている。Fowler−Norhdheimト
ンネル方法は、アバランシェ・ブレークダウンを回避
し、トンネル酸化物へのホット正孔注入の機会をかなり
減少させる。これは、データを表す蓄積電荷量を減ら
す。ホット正孔注入の減少の結果、CHE注入方法に対
しデータ保持時間が10倍増大する。
【0007】現在のすべての他の種類の集積回路におい
て、多くの回路および/またはメモリセルを、1つのチ
ップに設けることができるように、集積密度を増大させ
ることに多大の興味が持たれている。残念なことには、
すべてのタイプのEEPROM、およびFowler−
Nordheimトンネル方法を用いる特にフラッシュ
・メモリの製造に現在用いられるプロセスは、パッケー
ジング密度を増大させるために、縮小を行うことができ
ない。特に、フローティング・ゲートのサイズの減少
は、メモリのプログラミングに通常用いられるフローテ
ィング・ゲートへの容量性結合を減少させ、したがって
書込み速度を減少させる。ワード・ラインおよびビット
・ラインの固有抵抗の増大は、また、書込み速度を減少
させる。従来技術による構成は、メモリに含まれる回路
の相互接続に対してかなり大きい固有抵抗を有するドー
プ半導体材料を使用することを余儀なくされている。
【0008】さらに、フローティング・ゲートとして第
1のポリシリコン層を、制御または選択ゲートとして第
2のポリシリコン層を用いる2層ポリシリコン・タイプ
のEEPROMの標準構成は、2つのポリシリコン層を
分離するのに用いられる酸化物絶縁層の品質を劣化させ
るトポグラフィの問題を与える。激しい(sever
e)トポグラフィは、また、メモリのエレメントに関連
して金属の使用を制限する。というのは、激しいトポグ
ラフィ上に金属を堆積することは、十分な信頼性が得ら
れず、金属マイグレーションによる開口を生じさせるか
らである。このため、導体に金属ではなくポリシリコン
を用いることは、固有抵抗を増大させる。さらに、埋込
み酸化物(ROX)分離が用いられるとき、非平坦面
は、デフォーカス・ウィンドウ(例えば、被写界深度)
の制限による、リソグラヒック・パターニングの際の露
光分解能に対して問題を与える。この制限は、高速露光
に用いられる高開口数ツールには、特に厳しい。これら
の制限は、スループットの低減および/または製造歩留
りの低減を容易に生じさせる。これらいずれの低減も、
EEPROMのコストを増大させる。
【0009】実際には、激しいトポグラフィは、EEP
ROMの動作に利点を有していない。というのは、制御
ゲートと基板またはウェルとの間のフローティング・ゲ
ートが容量性分圧器を形成するので、いわゆるキャパシ
タンス比、すなわちフローティング・ゲートのキャパシ
タンスに対する制御ゲート・キャパシタンスの比、また
は特に、トンネル酸化物の領域に対する制御ゲート酸化
物の領域の比を、増大させるからである。この比は、一
般に、動作可能性(operability)に対する
プログラミング電圧に関係した特定値以上に保たなけれ
ばならず、および動作信頼性は、一定のプログラミング
電圧でこの比が増大するにつれて、増加する。トンネル
酸化物は一般に平坦であるので、制御ゲート酸化物およ
び制御ゲートの激しいトポグラフィは、それ自身、制御
ゲートのキャパシタンスおよびキャパシタンス比を増大
させる。したがって、製造歩留りが幾分悪くても、激し
いトポグラフィは、それが与える動作信頼性の増大の観
点から、通常は許容されている。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】したがって、この発明
の目的は、従来技術において固有のトポグラフィの問題
および製造歩留りの低下を避けることのできるEEPR
OMの構造を提供することにある。
【0011】この発明の他の目的は、個々のセルのサイ
ズを、パッケージ密度を増大させるために、減少させる
ことのできるEEPROMの構造を提供することにあ
る。
【0012】本発明のさらに他の目的は、減少した固有
抵抗の相互接続に金属および高融点金属を用いることの
できるEEPROMの構造を提供することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】これらの目的および他の
目的を達成するために、フローティング・ゲートおよび
制御ゲートを有するトランジスタを含むメモリセルを有
する電気的に消去可能なプログラマブル・メモリであっ
て、前記トランジスタは、前記トランジスタの境界部分
で、基板上に延びる少なくとも2つの分離構造と、前記
少なくとも2つの分離構造の間に閉じ込められたトンネ
ル酸化物および前記フローティング・ゲートとを備え、
前記フローティング・ゲートは、前記少なくとも2つの
分離構造の表面とほぼ共面である表面を有し、前記表面
は、前記トランジスタが形成される前記基板の表面にほ
ぼ平行であり、前記フローティング・ゲートおよび前記
少なくとも2つの分離構造の前記共面上に形成された前
記制御ゲートのゲート絶縁体および制御電極を備える、
電気的に消去可能なプログラマブル・メモリが提供され
る。
【0014】この発明の他の態様によれば、電気的に消
去可能なプログラマブル・メモリを製造する方法であっ
て、基板の表面から延びる少なくとも2つの分離構造を
形成する工程と、少なくとも前記分離構造上に、窒化物
層を形成する工程と、少なくとも前記分離構造間に延び
るトンネル酸化物層およびフローティング・ゲートを形
成する工程と、前記フローティング・ゲートを、前記窒
化物層にまで平坦化する工程とを含む電気的に消去可能
なプログラマブル・メモリの製造方法が提供される。
【0015】
【発明の実施の形態】図1は、この発明が改善しようと
する従来のEEPROMゲート構造10を、非常に簡略
化した形で示す。この構造では、埋込み酸化物(RO
X)12は、隣接ゲート間の分離に用いられている。こ
の発明による好適な形態のフラッシュ・メモリの動作に
ついて以下に説明するように、トランジスタは、非常に
接近して形成される、電荷蓄積用のフローティング・ゲ
ートを有するのが好適である。というのは、メモリセル
は、このような複数個のトランジスタのソース領域およ
びドレイン領域の直列接続によって、プログラムされる
からである。したがって、これらトランジスタによって
形成されるメモリセル間の相互作用を最小にすることが
一般に必要である。
【0016】EEPROMゲート構造10では、埋込み
酸化物が形成されている。酸化物12の一部が基板11
内に埋込まれるので、埋込み酸化物と呼ばれる。ROX
分離構造間の領域は、薄いトンネル酸化物膜13によっ
て覆われている。フローティング・ゲート14は、ポリ
シリコンで形成され、トンネル酸化物上だけでなく、R
OX分離構造12の傾斜側面および一部上に拡がってい
る。フローティング・ゲート14は、ブレークダウン電
圧を支配するROX分離構造の上面での距離だけ離間さ
れている。
【0017】フローティング・ゲート14およびROX
分離構造の露出部分は、制御ゲート酸化物層15と、制
御ゲート電極16として働く第2のポリシリコン層とに
よって覆われている。制御ゲート電極16とフローティ
ング・ゲート14との間の制御ゲート酸化物15は、そ
れらの間にキャパシタンスを形成する。したがって、従
来の構造は、基板表面に平行な方向における寸法L2に
対し、キャパシタンス値とブレークダウン電圧との間に
トレードオフを与えることがわかる。さらに、この構造
の激しい表面トポグラフィは、制御ゲート酸化物(時に
は、ポリシリコン間酸化物と呼ばれる)15を、図1に
示す円形領域17内を問題のある品質にする傾向があ
る。この領域内の不良酸化物は、ブレークダウン電圧を
低減し、さらに次のような要件を課す。すなわち、許容
し得る製造歩留りを得るには、フローティング・ゲート
間に十分な間隔が設けられなければならないことであ
る。
【0018】フローティング・ゲート14の拡がりのた
め、L2は、フローティング・ゲート14の分離間隔よ
りも広くなければならず、トンネル酸化物の領域を減少
させる傾向がある。したがって、L2は、所望のキャパ
シタンス比が得られるように酸化物領域の比に従って寸
法設定されなければならず、そしてブレークダウン電圧
およびフローティング・ゲート分離に関しても、満足す
べき製造歩留りを得るためには、不良品質酸化物の可能
性に対して調整されなければならない。したがって、寸
法L2は、小さなサイズに縮小することができないEE
PROMセルの“foot print”の主要部分で
ある。このことは、とりわけ真実である。というのは、
非常に薄いトンネル酸化物層は、形成の信頼性と矛盾す
ることなく厚さを縮小することができないからである。
すなわち、トンネルを生じさせる最小電圧を必要とし、
デバイスが耐えなければならない最小ブレークダウン電
圧に制限を課すからである。
【0019】図2は、この発明によるEEPROMゲー
ト構造20を簡略化して示す図である。分離酸化物22
は、図2に示すように、基板21に部分的に埋込まれて
おり、基板から部分的に突き出ている。しかし、この発
明によれば、トンネル酸化物23および第1のポリシリ
コン層24の形成後、ポリシリコン層24が平坦化され
る。この平坦化は、簡単で信頼性のある化学/機械的研
磨工程によって行うのが好適である。この研磨工程は、
以下に詳述するように、セルフ・リミティング(sel
f−limiting)とすることができる。平坦化
は、ポリシリコン間酸化物25およびゲート電極26
が、表面トポグラフィによって劣化されることなく、平
坦表面上に形成されることを可能にする。さらに、リソ
グラフィ露光フォーカスの問題は発生せず、金属または
高融点金属を接続に用いることができる。
【0020】しかし、この発明の主な利点は、ポリシリ
コン間酸化物の品質が、表面トポグラフィによって全く
劣化せず、隣接フローティング・ゲートの分離は、RO
X分離構造の幅L1によってのみ決められ、この幅は、
トンネルを生じさせる一定の電圧バイアスに対し、図1
の従来におけるフローティング・ゲート間の分離間隔よ
りも大きい必要はない、という事実にある。したがっ
て、図2の構造は、図1のサイズよりもさらに小さいサ
イズに縮小可能である。さらに、この発明の構造では、
激しい表面トポグラフィを除去することによって、キャ
パシタンス比を低減し、一方、図2の構造は、特定の補
償(例えば、ゲート構造によって占有されるメモリセル
のパーセント領域を増大させる)を与え、セル・サイズ
をかなり小さくすることを可能にしつつ、動作の信頼性
が増強される。
【0021】図3〜図14を参照して、この発明の第1
実施例の製造について説明する。図3は、2つのpウェ
ル32,33が形成されているn形基板31を示してい
る。図3の左側のpウェル32は、周辺回路の形成に用
いられる。周辺回路としては、例えば、右側のpウェル
33上に形成されるEEPROMアレイへの書込みを制
御する比較的高い(例えば12V)プログラミング電圧
に耐えることのできるトランジスタのCMOS対であ
る。2つのpウェルは、マスク35と拡散による不純物
注入のような既知のプロセスによって形成できる。約1
50オングストローム厚さの酸化物層および約200オ
ングストローム厚さの窒化物層のような保護絶縁層34
が形成され、図4に示すnウェル36の形成のような、
以降の基板の処理プロセスにわたって保持されるのが好
ましい。その理由は、不純物注入は、保護絶縁層を経て
行うことができ、保護絶縁層の除去は、基板表面上に構
造を形成するために、すべての材料(たとえば36′)
および異物を完全に除去することを保証するからであ
る。
【0022】図5に示すように、基板の一定領域は、さ
らなるマスク(図示せず)を用いてエッチングによって
リセスされ、基板表面より立上がっている埋込み酸化物
分離構造38,38′が形成される。ROX分離構造の
立上りの寸法は、酸化時間の制御によりコントロールさ
れなければならない。というのは、分離構造は、フロー
ティング・ゲート構造の厚さ(たとえば約2000オン
グストローム)を最終的に定めるからである。これらの
分離構造は、pウェル32,33およびnウェル36の
境界に、および他の構造の境界が形成される位置に設け
られる。メモリセル・アレイが形成されるpウェル33
上に形成されたROX分離構造は、実際には、ROX構
造38′と端部が接する細長い矩形開口を有する、点線
39によって示される層である。これらの矩形開口は、
図15に示されるデバイスの平面図に、1501で明瞭
に示されている。これらの矩形開口内では、窒化物/酸
化物層34を容易に剥離することができる。
【0023】図6において、約250オングストローム
厚さのパッド酸化物40を生成させる。この酸化物は、
いくつかの機能を有し、以下に詳細に説明するように、
層の大部分が犠牲層であって除去されるので、パッド酸
化物と呼ばれる。それにもかかわらず、厚さは幾分重要
である。というのは、残された部分は、選択ゲート・ト
ランジスタ(例えば、図14の58,58A)のゲート
酸化物を形成するからである。なお、選択ゲート・トラ
ンジスタは、この発明を説明するために、ここで用いら
れるNAND形メモリ構造に用いられる。しかし、この
ようなトランジスタが設けられないならば、パッド酸化
物40の厚さは、この発明にとって重要ではない。それ
にもかかわらず、特定の厚さにパッド酸化物40を形成
することは、この発明の好適な形態の特徴であるとみな
される。というのは、種々のタイプのEEPROMにし
ばしば含まれる、低電圧トランジスタのためのゲート酸
化物を含む異なる酸化物構造が、最少の製造工程で形成
できることを可能にするからである。
【0024】パッド酸化物を形成した後に、窒化物の薄
い層41(たとえば125オングストローム)を、パッ
ド酸化物およびROX分離構造上に堆積する。この窒化
物層は、この発明の特に重要な特徴であるとみなされ
る。というのは、アルミナ・スラリーを用いる化学/機
械的研磨(米国特許第4,671,852号明細書に開
示されているような化学/機械的研磨、および特に、窒
化シリコン・エッチ・ストップを用いる、米国特許第
4,944,836号明細書に開示されているプロセス
のような)に対する、より大きな硬度および抵抗性を用
いて、平坦化をセルフ・リミティングにするからであ
る。
【0025】パッド酸化物40の種々の部分の異なる機
能に関しては、図7に70で示すように、pウェル33
上の窒化物および酸化物に最初に開口を設けて、窒化物
層41を除去し、約100オングストローム厚さの薄い
トンネル酸化物42を、図7に示すように成長させる。
次に、図8に点線43で示されるように、全デバイス上
に、ブランケット層として第1のポリシリコン層を堆積
する。次に、このブランケット層を、ROX分離構造上
の窒化物に対し平坦化し、平坦面43aを得る。この平
坦化は、また、ROX分離構造の突き出しの高さ内に、
フローティング・ゲート構造を埋込み、図2に関して説
明したように、この発明にしたがって、フローティング
・ゲート構造の厚さを定める。
【0026】次に、図9に示すように、酸化物−窒化物
−酸化物(ONO)の組成および構成とするのが望まし
いポリシリコン間酸化物層44を平坦面43a上に成長
させ、複数の既知の技術のうちのいずれかによって、開
口領域70を画成するのに用いられた同一のマスクを用
いて(しかし、ネガティブ・レジストを用いて)、パタ
ーニングし、窒化物の薄い層44aを堆積し、レジスト
45を、メモリアレイ領域のpウェル上に設けて、pウ
ェル32から第1のポリシリコン層を除去し、同時にO
NO層44を保護する。このことは、また、周辺回路が
形成されるpウェル32上のパッド酸化物40を除去
し、同時にその領域からすべての異物を除去する。レジ
ストを除去した後、周辺回路にゲート酸化物を形成する
酸化工程中の保護のために、ONO層44の上部に依然
として窒化物層44aが残されている。次に、高いブレ
ークダウン電圧を得るために厚いことが望ましい(例え
ば、450〜500オングストローム)ゲート酸化物
を、pウェル32上に再成長させる。(この時点では、
メモリアレイ領域内の図14の選択ゲート・トランジス
タ68,68aのためのゲート酸化物として用いられる
パッド酸化物の部分(もし、あれば)のみが残され
る。)次に、図10に示すように、窒化物層44aを除
去し、第2のポリシリコン層46を、全デバイス上にブ
ランケット層として堆積する。
【0027】図11に示すように、第2ポリシリコン層
をパターニングするゲート・リソグラフィを、レジスト
層(点線47で示される)を設け、レジストを露光して
現像し、パターニングされたマスクを形成することによ
り行う。このマスクでは、部分48がメモリ・アレイ中
にゲート構造を画成し、他の領域49,50がpウェル
32上の周辺回路領域内のトランジスタのゲートを画成
する。このレジスト・マスクおよびレジストの除去にし
たがって、ゲートまたはトンネル酸化物に対しポリシリ
コンをエッチングした後、第1および第2のポリシリコ
ン層とポリシリコン間酸化物との残された部分は、図1
2に示すようになる。図15を再び参照し、フローティ
ング・ゲート・ポリシリコンは、図2に示すように(図
15の断面I−Iに相当する)、平坦化プロセスによっ
てROX分離構造の間に閉じ込められていることを思い
起こされたい。このエッチング工程は、第1および第2
のポリシリコン層と、ポリシリコン間酸化物とをエッチ
ングし、ROX分離構造38,38′間のトンネル酸化
物で停止して、フローティング・ゲートFGを形成する
ことによって、垂直方向(たとえば、図15の断面線II
I −III に沿って)に、フローティング・ゲート構造を
分離する。しかし、このエッチング工程は、ONO層4
4と第2のポリシリコン層46とを分離しないが、フロ
ーティング・ゲートとトンネル酸化物とは、前述したよ
うにROX構造38′により端部で境界を定められた分
離構造内の細い矩形開口に形成されることによって分離
され、第2のポリシリコン層により形成されたこれらラ
インは、図15に示される制御ゲート接続CGと選択ゲ
ート接続SG、および各制御トランジスタと選択トラン
ジスタのゲート電極を形成する、ことを理解すべきであ
る。
【0028】図13に示すように、イオン注入を自己整
合で行い、接続を形成し、ゲート構造の周りに形成され
たトランジスタの動作を完全なものとし、かつ強化す
る。特に、p+ 注入部55,51,52,59は、pウ
ェルへの電気接続を作るために形成され、同様のp+
入部53およびn+ 注入部57は、PMOSトランジス
タおよびNMOSトランジスタ(たとえば、周辺回路、
およびメモリアレイの選択ゲート・トランジスタにおけ
る)のソース/ドレイン領域を作るために形成される。
同様に、n+ 注入部58は、周辺回路のnウェルへの接
続を作るために形成され、n+ 注入部60は、n基板へ
の接続を作るために形成され、n+ 注入部56は、ソー
ス/ドレイン領域と、メモリセル・トランジスタとビッ
ト・ライン接続パッドとの間の直列接続とを作るために
形成され、n+ 注入部54は、周辺回路のNMOSトラ
ンジスタのソース/ドレイン領域を作るために形成され
ている。この点に関し、52を除いたメモリアレイのす
べての注入部は、n+ 注入部であり、いくつかのp+
入部(例えば、51,53)は、互いに隣接するように
配列し、あるいは配列することができる。したがって、
注入は、既知のブロック・アウト注入法によって行うこ
とができ、高解像度マスクは必要ではない。次に図14
に示すように、構造を保護絶縁体61で覆い、金属ビッ
ト・ライン・コンタクト63を有するビット・ライン6
2を形成することによって、メモリ構造を完成する。
【0029】動作において、図14,図15に示された
NAND形のフラッシュ・メモリは、n+ 注入部56に
より形成された直列接続の故に、メモリセルの位置の順
序で書込むことができる。この順序は、例えば、選択ゲ
ート・トランジスタ68aによって形成されたビット・
ライン接続から最も離れたアレイの端部で開始する。特
に、プログラミング電圧(例えば、フローティング・ゲ
ートの下側のトンネル酸化物を経る電子のトンネルを生
じさせるのに十分な8.5V)は、最初にCG8に印加
され、一方、ビット・ラインに相当するトランジスタの
残りは、低電圧(例えば、3.5V)によって導通さ
れ、2つの論理レベルのうちの1つの論理レベルでのデ
ータは、ビット・ライン・コンタクト63を経て供給さ
れ、電子源を、直列接続に、最終的にはCG8によって
イネーブルされたトランジスタのフローティング・ゲー
トに供給する。
【0030】ラインにおける次のセルに書込むには、電
圧をCG8から除去し(例えば、CG8はグランド電位
にされて、対応トランジスタをターンオフし、直列接続
のキャパシタンスを低減させる)、高電圧をCG7に印
加する。一方、低電圧は、CG1〜CG6に保持され
る。このプロセスは、すべてのメモリセルへのアクセス
に対して、繰り返すことができる。記憶のための電子の
供給を、選択トランジスタ(例えば、SG1を形成する
68a)によって調整することもできる。選択トランジ
スタは、ビット・ラインを、メモリのNAND機能を作
るゲート接続およびゲート電極に接続している。
【0031】上述の動作モードは、トランジスタ68a
によって形成された選択ゲートSG1のみを含むので、
一例とみなされるべきことに留意されたい。電荷転送
は、電荷が転送されるビット・ラインの抵抗によって
も、妨げられる。少なくともこの後者の理由により、書
込みはアレイの中心から外側に向かって、一般に行われ
る。したがって、実際には、最適速度および動作信頼性
に対しては、それぞれトランジスタ68a,68により
形成される2つの選択ゲートSG1,SG2が、好適に
用いられる。選択ゲートから電荷が供給されると、ビッ
ト・ラインによる電荷転送は、上述したように制御ゲー
トの増大電圧に応答して、メモリセルでの記憶により終
了する。選択ゲートSG1,SG2が、制御ゲートへの
電圧の適切な供給によって別個に制御されるならば、選
択ゲートの制御の下で、データはメモリアレイに1つ置
きに書込むことができる。前述したように、選択された
制御ゲートに供給される高電圧、および次に続く制御ゲ
ートに供給される低電圧にしたがう記憶により、電荷転
送は、ビット・ラインに沿って終了し、ビット・ライン
の両端部からの同時書込みも可能である。
【0032】次に、この発明の第2の実施例を、図16
〜図26を参照して説明する。第2の実施例では、前述
した第1の実施例の高パッケージング密度を保持しなが
ら、各メモリセルを個々にアクセスできる。図16〜図
21は、断面図であり、図22〜図25は、対応する平
面図であり、図26は平面図に対応する略回路図であ
る。簡単にするために、EEPROMのメモリアレイ部
分のみを示す。図16〜図18の断面図は、図23の方
向x−x′におけるものであり、図19〜図21の断面
図は、図23の方向y−y′におけるものである。
【0033】図16は、前述したこの発明の第1の実施
例の図12にほぼ対応するデバイスの製造における一段
階を示す。すなわち、p形基板上の、フローティング・
ゲート絶縁層218,第1のポリシリコン層216(約
5×1019〜1021/cm3の範囲のn形不純物濃度を
有する),制御ゲート絶縁層(好適にはONOである)
214,第2ポリシリコン層212(約5×1019〜1
21/cm3 の範囲のn形不純物濃度を有する),保護
窒化物層210の積層を形成し、平坦化し、パターニン
グした後の段階である。パターニングを行って、図22
の平面図に示すように、好適には反応性イオン・エッチ
ングにより、積層構造の細長いストリップを形成する。
次に、積層構造と、特にマスクとしての保護上部窒化物
層210とを用いて、p形基板にp+ 分離注入部(5×
1016〜1017/cm3 の範囲の不純物濃度)を作成し
て、分離接合300を形成する。
【0034】分離注入を一旦行うと、分離注入部(例え
ば、300)上、および積層構造の側壁(例えば、31
2)上の分離領域314内に、フィールド酸化物が成長
する。次に、さらに他の酸化物316を、望ましくは化
学蒸着(CVD)により堆積して、積層構造間のギャッ
プを充填する。これは、有効に分離溝となる。このプロ
セスは、また、窒化物層210上に酸化物を堆積する。
しかし、窒化物層210上の酸化物を、平坦化により
(望ましくは、化学/機械的研磨により)、窒化物層に
至るまで除去して、酸化物堆積316を、溝の埋込みに
制限する。次に、窒化物210を除去する。
【0035】図18に示すように、望ましくはタングス
テン・ポリサイド330である導電層と、窒化物層31
8を、CVDによって堆積する。次に、これら層を、図
22に示す積層構造の垂直(例えば列)パターニングに
ほぼ直交する方向(必ずしも直角である必要はない)に
パターニングし、図16,図19,図23に示すよう
に、トランジスタ制御ゲート340を接続する水平(例
えば行)導体のアレイを形成する。したがって、残りの
タングステン・ポリサイドは、図26のワード・ライン
WLとなる配線を平坦表面上に形成する。分離構造と交
わるこれら接続を平坦表面上に形成すると、製造歩留り
およびサービスの増大における信頼性を増大させる。し
たがって、前述した第1の実施例と同様の効果が得られ
る。次に、パターニングされたタングステン・ポリサイ
ドおよびCVD窒化物層を、マスクとして用いて、積層
構造を基板までエッチングし、細長い積層構造を、図1
8における平面に平行な溝で、個々のメモリセルに分離
する。
【0036】図23(例えば、図18における平面に平
行であり、ワード・ラインの端面図を与える)のy−
y′線の断面図である図19において、積層構造(タン
グステン・ポリサイド層を含む)の側壁上に窒化物スペ
ーサ340が形成され、メモリセルに分離され、メモリ
セル間の分離構造の側壁は、タングステン・ポリサイド
・パターニングに従ってエッチングした後に残る。これ
らの側壁スペーサは、幅を対称的にまたは非対称的に形
成される。スペーサの幅は、ソース/ドレインn+ 注入
の領域を自己整合で、5×1019〜1021/cm3 の好
適な不純物濃度に画成する。次に、注入不純物は、熱処
理(例えば、注入プロセスによって生じる結晶転位を修
正するアニーリング)によって、形成されるトランジス
タの所望の特性によって指示されるように、所望のプロ
ファイル(例えば350)に拡散される。他の追加の注
入および拡散を、同じ目的で行うことができる。
【0037】図16に関連して説明したp+ 分離注入
は、点線353で示すように、図19における平面の上
下に存在することを思い起こすであろう。これらの分離
構造は、正しい位置に残され、当業者には周知のよう
に、n+ 注入後に、図19における平面に垂直な方向に
おける、メモリセルの分離に有効である。
【0038】次に、タングステン351を、ソース/ド
レイン・コンタクト領域350上に(窒化物上ではな
い)選択的に堆積し、図20および図24に示すよう
に、CVD酸化物355でシールする。この段階では、
ソース領域およびドレイン領域のみが露出されることに
注意すべきである。p+ 分離領域は、フィールド酸化物
314(図17)で覆われる。したがって、選択タング
ステンは、n+ 拡散領域を含む半導体材料上に選択的に
堆積することができる。この選択堆積は、この発明の好
適な形態にしたがう、デバイスの製造をかなり簡略化す
る。酸化物355の平坦化は、任意である。次に、図2
0にさらに示すように、ブロックアウト・マスクを用い
たエッチングによって、1つ置きの酸化物プラグ355
を除去する。これは、当業者には十分に理解できる低解
像度プロセスである。このプロセスは、きわめて信頼性
が高く、高製造歩留りである。
【0039】酸化物が選択的に除去された所にソース・
ライン352(好適には普通のCu/Al合金)の形成
後、絶縁ブランケット層360(好適にはCVD酸化
物)が形成され、ソース・ラインをビット・ライン38
0(ソース・ラインと交差する)から絶縁する。次に、
このブランケット層360を、パターニングして(比較
的低解像度で)、残りの酸化物プラグで個々のバイアス
を形成する。残りの酸化物プラグは、前述したように、
ソース・ラインが形成された箇所で除去された酸化物プ
ラグの位置と交互する。次に、1つ置きの残りの酸化物
プラグを除去して、ビット・ライン380(普通のCu
/Al合金が好適である)を形成する。ビット・ライン
は、タングステン・ドレイン・コンタクト350のうち
の1つ置きのコンタクトに達し、EEPROM構造を完
成する。ビット・ラインは、図25において垂直方向に
延びるように示されている。ビット・ラインが形成され
る表面のトポグラフィは、問題にするほどのものではな
い。というのは、ビット・ラインは、必要なだけ厚く形
成することができ、酸化物が除去された領域を十分に充
填することができるからである。もちろん、パシベーシ
ョン層のような他の層、または他の回路を、その上に重
ねることができる。
【0040】このようにして形成されたEEPROM回
路の概略を図26に示し、図25の平面図と対応させて
示す。ワード・ラインおよびソース・ライン(1つのソ
ース・ラインはワード・ラインの各対に対して設けられ
ている)は、水平方向(例えば、列方向)に延び、各列
のトランジスタ対の間のソース・ノードに接続する。ビ
ット・ラインは、図26において垂直に延び、図19〜
図21に関連して前述したように、ソース・ライン接続
と交互するドレイン・ノードに接続する。したがって、
トランジスタのいかなる対をも、ビット・ラインおよび
ソース・ラインに電圧を印加することによって選択する
ことができ、ワード・ラインに印加された電圧に従って
対の1つのトランジスタを選択することができる。この
メモリアレイの動作は、図15に関連して説明した動作
と同じである。
【0041】
【発明の効果】前述したことから、この発明は、簡単な
集積回路構造を提供することが容易にわかる。この集積
回路構造によれば、低減された数の信頼性の高い製造工
程で製造することができ、また、ゲート絶縁層または導
体の完全性を劣化させ、製造歩留りを低下させる激しい
トポグラフィを排除できる。この発明の構造は、また、
EEPROMデバイスに適用される場合に、非常に高い
パッケージング密度を与え、およびメモリセルへの高導
電性の相互接続を与えるために、金属および高融点金属
を用いることを可能にする。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来技術によるダブル・ポリシリコンEEPR
OMゲート構造の略図である。
【図2】この発明によるダブル・ポリシリコンEEPR
OMゲート構造の略図である。
【図3】この発明の第1の実施例の製造工程を示す断面
図である。
【図4】この発明の第1の実施例の製造工程を示す断面
図である。
【図5】この発明の第1の実施例の製造工程を示す断面
図である。
【図6】この発明の第1の実施例の製造工程を示す断面
図である。
【図7】この発明の第1の実施例の製造工程を示す断面
図である。
【図8】この発明の第1の実施例の製造工程を示す断面
図である。
【図9】この発明の第1の実施例の製造工程を示す断面
図である。
【図10】この発明の第1の実施例の製造工程を示す断
面図である。
【図11】この発明の第1の実施例の製造工程を示す断
面図である。
【図12】この発明の第1の実施例の製造工程を示す断
面図である。
【図13】この発明の第1の実施例の製造工程を示す断
面図である。
【図14】この発明の第1の実施例の製造工程を示す断
面図である。
【図15】図3〜図14に示した製造工程に従って形成
された構造のメモリアレイ部分の平面図である。
【図16】この発明の第2の実施例の製造工程を示す断
面図であり、図23のx−x′線断面である。
【図17】この発明の第2の実施例の製造工程を示す断
面図であり、図23のx−x′線断面である。
【図18】この発明の第2の実施例の製造工程を示す断
面図であり、図23のx−x′線断面である。
【図19】この発明の第2の実施例の製造工程を示す断
面図であり、図23のy−y′線断面である。
【図20】この発明の第2の実施例の製造工程を示す断
面図であり、図23のy−y′線断面である。
【図21】この発明の第2の実施例の製造工程を示す断
面図であり、図23のy−y′線断面である。
【図22】この発明の第2の実施例の製造工程を示す断
面図である。
【図23】この発明の第2の実施例の製造工程を示す断
面図である。
【図24】この発明の第2の実施例の製造工程を示す断
面図である。
【図25】この発明の第2の実施例の製造工程を示す断
面図である。
【図26】図16〜図25に示したこの発明の第2の実
施例の略回路図である。
【符号の説明】
20 EEPROMゲート構造 21 基板 22 分離酸化物 23 トンネル酸化物 24 ポリシリコン層 25 ポリシリコン間酸化物 26 ゲート電極
───────────────────────────────────────────────────── 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 27/115 (72)発明者 キャロル・ガリ アメリカ合衆国 メリーランド州 オデン トン シロ リッジ コート 307−202 (72)発明者 ルイス・ルー−チェン・スー アメリカ合衆国 ニューヨーク州 フィッ シュキル クロスバイ コート 7 (72)発明者 セイキ・オグラ アメリカ合衆国 ニューヨーク州 ホープ ウェル ジャンクション ロングヒル ロ ード 50 (72)発明者 ニヴォ・ロヴェドー アメリカ合衆国 ニューヨーク州 ラグラ ンジュヴィル サンダンス ロード 1 (72)発明者 ジョセフ・フランシス・シェパード アメリカ合衆国 ニューヨーク州 ホープ ウェル ジャンクション カントリー ク ラブ ロード 36

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】フローティング・ゲートおよび制御ゲート
    を有するトランジスタを含むメモリセルを有する電気的
    に消去可能なプログラマブル・メモリであって、 前記トランジスタは、 前記トランジスタの境界部分で、基板上に延びる少なく
    とも2つの分離構造と、 前記少なくとも2つの分離構造の間に閉じ込められたト
    ンネル酸化物および前記フローティング・ゲートとを備
    え、 前記フローティング・ゲートは、前記少なくとも2つの
    分離構造の表面とほぼ共面である表面を有し、前記表面
    は、前記トランジスタが形成される前記基板の表面にほ
    ぼ平行であり、 前記トランジスタはさらに、前記フローティング・ゲー
    トおよび前記少なくとも2つの分離構造の前記共面上に
    形成された前記制御ゲートのゲート絶縁体および制御電
    極を備える、電気的に消去可能なプログラマブル・メモ
    リ。
  2. 【請求項2】ゲート酸化物およびゲート電極を有する少
    なくとも1つの電界効果トランジスタをさらに備え、前
    記ゲート電極の境界部分は、前記基板上に延びる少なく
    とも2つの分離構造間に閉じ込められ、前記ゲート電極
    の表面は、前記分離構造の表面とほぼ共面である表面を
    有し、前記基板の表面にほぼ平行である、請求項1記載
    の電気的に消去可能なプログラマブル・メモリ。
  3. 【請求項3】ソース・ラインのアレイおよびビット・ラ
    インのアレイをさらに備え、前記ソース・ラインおよび
    前記ビット・ラインは、前記メモリのメモリセルに選択
    的に接続され、前記ソース・ラインは、前記ビット・ラ
    インに直交するように配置されている、請求項1記載の
    電気的に消去可能なプログラマブル・メモリ。
  4. 【請求項4】ドレイン・コンタクトは、前記メモリの各
    メモリセルのトランジスタ間に形成され、前記ソース・
    ラインおよび前記ビット・ラインは、前記メモリの前記
    各メモリセルの前記トランジスタの共通接続制御電極に
    直交する方向において1つ置きのドレイン・コンタクト
    に接触する、請求項3記載の電気的に消去可能なプログ
    ラマブル・メモリ。
  5. 【請求項5】前記基板内であって、前記フローティング
    ・ゲートの一部の下側に延びる複数のソース/ドレイン
    領域を、さらに備える請求項1記載の電気的に消去可能
    なプログラマブル・メモリ。
  6. 【請求項6】前記基板上に選択的に堆積された金属で形
    成された前記複数のソース/ドレイン領域の各々へのコ
    ンタクトを有する複数のコンタクトと、 前記コンタクト上にあり、第1の座標方向に延び、前記
    複数のコンタクトのうちの1つ置きのコンタクトを接続
    するソース・ラインと、 前記ソース・ラインに直交する方向に延び、前記複数の
    コンタクトのうちの残りの1つ置きのコンタクトを接続
    する接続部と、をさらに備える請求項5記載の電気的に
    消去可能なプログラマブル・メモリ。
  7. 【請求項7】電気的に消去可能なプログラマブル・メモ
    リを製造する方法であって、 基板の表面から延びる少なくとも2つの分離構造を形成
    する工程と、 少なくとも前記分離構造上に、窒化物層を形成する工程
    と、 少なくとも前記分離構造間に延びるトンネル酸化物層お
    よびフローティング・ゲートを形成する工程と、 前記フローティング・ゲートを、前記窒化物層にまで平
    坦化する工程と、を含む電気的に消去可能なプログラマ
    ブル・メモリの製造方法。
  8. 【請求項8】前記平坦化工程によって形成される表面上
    に、導体を形成する工程をさらに含む、請求項7記載の
    電気的に消去可能なプログラマブル・メモリの製造方
    法。
  9. 【請求項9】前記平坦化工程を、化学/機械的研磨工程
    を含むプロセスで行う、請求項7記載の電気的に消去可
    能なプログラマブル・メモリの製造方法。
  10. 【請求項10】前記フローティング・ゲート層,前記ト
    ンネル酸化物層の選択された部分を選択的に除去する工
    程と、 前記選択的な除去工程によって形成された開口を経て、
    前記基板内に不純物を注入する工程と、をさらに含む、
    請求項7記載の電気的に消去可能なプログラマブル・メ
    モリの製造方法。
  11. 【請求項11】複数のコンタクトを選択的に堆積する工
    程をさらに含み、 前記コンタクト上にソース・ライン接続部を形成する工
    程を含み、前記ソース・ライン接続部は、第1の座標方
    向に延び、前記複数のコンタクトのうちの1つ置きのコ
    ンタクトを接続し、 前記コンタクト上に、さらに他の接続部を形成する工程
    を含み、前記さらに他の接続部は、前記第1の座標方向
    に直交する第2の座標方向に延び、前記複数のコンタク
    トのうちの残りの1つ置きのコンタクトを接続する、請
    求項10記載の電気的に消去可能なプログラマブル・メ
    モリの製造方法。
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