JPH08274198A - Eepromセル及びその製造方法 - Google Patents

Eepromセル及びその製造方法

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JPH08274198A
JPH08274198A JP7094184A JP9418495A JPH08274198A JP H08274198 A JPH08274198 A JP H08274198A JP 7094184 A JP7094184 A JP 7094184A JP 9418495 A JP9418495 A JP 9418495A JP H08274198 A JPH08274198 A JP H08274198A
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oxide film
film
source
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Su O Han
ハン・ス・オ
Jang Han Kim
ザン・ハン・キム
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LG Semicon Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 消去時に基板とドレーン領域間のリーク電流
を防止することのできるEEPROMセル及びその製造
方法を提供すること。 【構成】 本発明は、チャンネル領域を有する第1導電
型の半導体基板と、前記基板のチャンネル領域に形成さ
れた、一定の深さを有するトレンチと、前記トレンチ内
側の両側壁に形成された第1スペーサと、第1スペーサ
の間のトレンチの底面に形成されたゲート酸化膜と、ト
レンチの外側及び底面の基板に形成された第2導電型の
ソース/ドレーン領域と、前記トレンチと接しているド
レーン領域の上部の基板上に形成されたトンネリング酸
化膜と、前記トレンチ及びトンネリング酸化膜を除いた
基板の全表面上に形成された絶縁膜と、ソース領域の上
部の絶縁膜、トレンチ上部のゲート酸化膜及びトンネリ
ング酸化膜上に形成されたフローティングゲートと、フ
ローティングゲートの両側の絶縁膜上に形成された第2
スペーサと、フローティングゲート及び第2スペーサの
表面上に形成された誘電体膜と、誘電体膜上に形成され
たコントロルゲートと、を含む。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、不揮発性の半導体メモ
リ素子に係り、特に消去時にリーク電流を防止し、セル
の表面形状を改善することのできるEEPROMセル及
びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】図1(A)乃至(H)は、従来のEEP
ROMセルの製造工程図である。図1(A)に示すよう
に、p型半導体基板11上に酸化膜13と窒化膜15を
順次蒸着し、EEPROMセルのソース領域が形成され
る位置の酸化膜13と窒化膜15とを除去して基板11
の一部分を露出させる。
【0003】図1(B)のように、酸化膜13と窒化膜
15をマスクとして基板11の露出した部分にn+型不
純物をイオン注入し、通常のフィールド酸化工程を行っ
てn+型ソース領域17と第1フィールド酸化膜19を
形成する。残っている窒化膜15と酸化膜13を全て順
次除去する。
【0004】図1(C)のように、半導体基板11上に
再び酸化膜21と窒化膜23を順次蒸着し、EEPRO
Mセルのドレーン領域が形成されるべき部分の酸化膜2
1と窒化膜23を除去して、ドレーン領域が形成される
べき部分の基板11を露出させる。
【0005】図1(D)に示すように、酸化膜21と窒
化膜23をマスクとして基板11の露出した部分にn+
型不純物をイオン注入し、通常のフィールド酸化工程を
行ってn+型ドレーン領域25と第2フィールド酸化膜
27を形成する。これらn+型ドレーン領域25と第2
フィールド酸化膜27は、以前の工程で形成されたn+
型ソース領域17及び第1フィールド酸化膜19と一定
の間隔を置いて基板11上に形成してある。残っている
窒化膜23と酸化膜21を順次除去して、前記第1及び
第2フィールド酸化膜19,27が形成された部分を除
いた基板の全表面を露出させる。
【0006】図1(E)に示すように、露出した基板1
1の表面にゲート酸化膜29を形成し、図1(F)のよ
うにn+ 型ドレーン領域25の上部に形成されているフ
ィールド酸化膜27の一部分を除去してトンネリング酸
化膜31を形成する。このトンネリング酸化膜31を形
成するため、第2フィールド酸化膜27のドレーン領域
25の中央部分に対応する部分を一定の厚さだけ除去
し、薄い膜として残す。これにより、トンネリング酸化
膜31が形成される。
【0007】図1(G)に示すように、基板の全面にわ
たってポリシリコン膜を蒸着しパターニングして、第1
フィールド酸化膜19とトンネリング酸化膜とを含んだ
第2フィールド酸化膜27の間にかけてEEPROMセ
ルの第1ゲートであるフローティングゲート33を形成
する。
【0008】最終的に、図1(H)のように、フローテ
ィングゲート33の露出した表面に誘電体膜35を形成
し、誘電体膜35上にポリシリコン膜からなるコントロ
ルゲート37をEEPROMセルの第2ゲートとして形
成する。これにより、従来のEEPROMセルが得られ
る。
【0009】前記従来のEEPROMセルの書込み及び
消去の動作を図2とともに説明する。先ず、書込み及び
プログラム時には、コントロルゲート37の電圧印加端
子(VCG)に高電圧を加え、ドレーン領域25の電圧印
加端子 (VD)に低電圧(接地電位)を印加する。この
時、ソース領域17の電圧印加端子 (VS)は低電圧を
印加するか、又はフローティングさせる。印加電圧に応
じてソース/ドレーン領域17,25の間のチャンネル
領域では電子−ホールペアが形成され、チャンネル領域
で生成された電子はコントロルゲート37とドレーン領
域25間の電位差によってドレーン領域25に注入さ
れ、トンネリング酸化膜31を介してフローティングゲ
ート33にトンネリングされる。トンネリングされた電
子がフローティングゲート33に蓄積されるにつれてE
EPROMセルの閾値が増加することになる。
【0010】一方、消去時には、コントロルゲート37
の電圧印加端子(VCG)に低電圧(接地電圧)を印加
し、ドレーン領域25の電圧印加端子(VD) に高電圧
を印加し、ソース領域17の電圧印加端子(VS)をフ
ローティングさせる。
【0011】従って、コントロルゲート37とドレーン
領域25間の電位差によってフローティングゲート33
に蓄積されていた電子は、トンネリング酸化膜31を通
じてドレーン領域25へ抜け出す。この際、フローティ
ングゲート33から電子がドレーン領域25へ抜け出す
ことにより、図3のようにトンネリング酸化膜31の両
端にかかる電位差が小さくなる。
【0012】
【発明が解決しようとする課題】しかし、前記従来のE
EPROMセルのドレーン領域25の上部の第2フィー
ルド酸化膜27の厚さが薄い場合に、消去時にドレーン
領域25とコントロルゲート37間の大きい電位差によ
ってトンネリング酸化膜31及びチャンネル領域の間、
すなわち、第2フィールド酸化膜27の下部のドレーン
領域25に空乏領域39が形成される。従って、強い電
界によってトンネリング酸化膜31の下部のドレーン領
域25で生成されたホールが基板に注入されるので、基
板11とドレーン領域25の間にリーク電流が流れるこ
とになる問題点があった。
【0013】なお、厚いフィールド酸化膜を形成するた
めに、2回にわたってフィールド酸化工程を行わなけれ
ばならなく、さらに、薄膜のトンネリング酸化膜を形成
するために、フィールド酸化膜を一定の厚さにエッチン
グするエッチング工程を行わなければならないので、工
程が複雑であるという問題点があった。
【0014】本発明は、前記従来の技術の問題点を解決
するためのもので、消去時に基板とドレーン領域間のリ
ーク電流を防止することのできるEEPROMセル及び
その製造方法を提供することにその目的がある。
【0015】本発明の他の目的は、ソース/ドレーン領
域上に厚いフィールド酸化膜を形成しないでソース、ド
レーン領域を埋込形に形成することにより、セルの表面
形状を改善することのできるEEPROMセル及びその
製造方法を提供することにある。
【0016】本発明の別の目的は、簡単な工程により埋
込形ソース/ドレーン及びトンネリング酸化膜を形成す
ることのできるEEPROMセル及びその製造方法を提
供することにある。
【0017】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、チャンネル領域を有する第1導電型の半
導体基板と、前記基板のチャンネル領域に形成された、
一定の深さを有するトレンチと、前記トレンチ内側の両
側壁に形成された第1スペーサと、第1スペーサの間の
トレンチの底面に形成されたゲート酸化膜と、トレンチ
の外側及び底面の基板に形成された第2導電型のソース
/ドレーン領域と、前記トレンチと接しているドレーン
領域の上部に形成されたトンネリング酸化膜と、前記ト
レンチ及びトンネリング酸化膜を除いた基板の全表面上
に形成された絶縁膜と、ソース領域の上部の絶縁膜、ト
レンチ上部のゲート酸化膜及びトンネリング酸化膜上に
形成されたフローティングゲートと、フローティングゲ
ートの両側の絶縁膜上に形成された第2スペーサと、フ
ローティングゲート及び第2スペーサの表面上に形成さ
れた誘電体膜と、誘電体膜上に形成されたコントロルゲ
ートと、を含むEEPROMセルを提供する。
【0018】なお、本発明は、第1導電型の半導体基板
上に絶縁膜を形成するステップと、ホトエッチング工程
によりソース/ドレーン領域が形成されるべき部分の絶
縁膜を除去して基板を露出させるステップと、露出した
基板に第2導電型の不純物をイオン注入して、半導体基
板内に一定の間隔を置いて一定の接合の深さを有する第
2導電型のソース領域とドレーン領域を形成するステッ
プと、前記ソース/ドレーン領域を含むソース/ドレー
ン領域の間の基板をエッチングしてトレンチを形成する
ステップと、基板の全面にわたって絶縁膜を塗布し異方
性エッチングして、トレンチの側壁内に第1スペーサを
形成するステップと、前記第1スペーサの間のトレンチ
の底面上にゲート酸化膜を形成するステップと、前記第
1スペーサと隣合うドレーン領域の上部にトンネリング
酸化膜を形成するステップと、基板の全面上にポリシリ
コン膜を塗布しパターニングして、トンネリング酸化膜
とトレンチを含むソース/ドレーン領域の上部の絶縁膜
上にフローティングゲートを形成するステップと、基板
の全面にわたって絶縁膜を塗布し異方性エッチングし
て、フローティングゲートの両側の絶縁膜上に第2スペ
ーサを形成するステップと、フローティングゲート及び
第2スペーサの表面上にコンデンサの誘電体膜を形成す
るステップと、誘電体膜上にコントロルゲートを形成す
るステップと、を含むEEPROMセルの製造方法を提
供する。
【0019】
【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて
説明する。図4は、本発明の実施例によるEEPROM
セルの断面構造図である。図4を参照すると、本発明の
EEPROMセルは、p型基板41のチャンネル領域に
一定の深さを有するトレンチが形成され、トレンチ内側
の両側壁には第1スペーサ52が形成されており、スペ
ーサ52の間のトレンチの底面にはゲート酸化膜53が
形成されている。トレンチの外側の基板41にはトレン
チの深さより相対的に深い接合の深さを有する埋込形の
+ 型ソース/ドレーン領域45,47が形成され、ド
レーン領域47の上部には薄膜のトンネリング酸化膜5
5が形成され、トレンチ及びトンネリング酸化膜55を
除いた基板41の全表面上に絶縁膜として酸化膜43が
形成されている。そして、ソース領域45及びトンネリ
ング酸化膜を含んだドレーン領域47の間にフローティ
ングゲート57が形成され、フローティングゲート57
の両側に第2スペーサ59が形成され、フローティング
ゲート57及び第2スペーサ59の表面上に誘電体膜6
1が形成され、その誘電体膜61上にコントロルゲート
63が形成されている。
【0020】前記構造のEEPROMセルのデータの消
去、書込み及び読出し動作を説明する。先ず、本発明の
EEPROMセルにおいて、書込み動作時にはEEPR
OMセルの第2ゲートであるコントロルゲート63の電
圧印加端子(VCG)に高電圧を印加し、ドレーン領域4
7の電圧印加端子(VD) に低電圧を印加し、ソース領
域45の電圧印加端子(VS) をフローティングさせ
る。従って、ドレーン領域47とコントロルゲート63
間の電位差によってトレンチ下部のチャンネル領域で生
成された電子は、ドレーン領域47に注入され、ドレー
ン領域47の電子はドレーン領域47の上部の薄膜のト
ンネリング酸化膜55を介してフローティングゲート5
7にトンネリングされて蓄積される。
【0021】消去の動作時には、EEPROMセルの第
2ゲートであるコントロルゲート63の電圧印加端子
(VCG)に低電圧を印加し、ドレーン領域47の電圧印
加端子(VD)に高電圧を印加し、ソース領域45の電
圧印加端子(VS)をフローティングさせる。従って、
ドレーン領域47とコントロルゲート63間の電位差に
よってフローティングゲート57に蓄積されていた電子
は、トンネリング酸化膜55を介してドレーン領域47
へ抜け出す。この際、ドレーン領域47とコントロルゲ
ート63間に高い電位差が発生してもフローティングゲ
ート57とドレーン領域47が接しているトレンチの内
側壁に第1スペーサ52が形成されているので、ドレー
ン領域47から基板41にリーク電流が流れることを遮
断することができる。
【0022】そして、データ読出し動作時には、ドレー
ン領域47とソース領域45間に静電位差が保持される
ようにドレーン及びソース領域の電圧印加端子(VD
,(VS) に各々一定の電圧を印加し、ドレーン領域
とコントロルゲート間の電位差が電子がトンネリング酸
化膜55を介してドレーン領域からフローティングゲー
ト57へトンネリングされない範囲内の一定の電圧をコ
ントロルゲートの電圧印加端子(VCG)に加える。その
状態においてセルに流れる電流を検出してデータを読出
す。
【0023】前記のEEPROMセルは、ソース/ドレ
ーン領域45,47が埋込形に形成され、ソース/ドレ
ーン領域45,47の間のトレンチ内にゲート酸化膜5
3が形成されるとともに、トレンチの上部にフローティ
ングゲート57及びコントロルゲート63が形成される
ので、EEPROMセルの良好な表面形状が得られる。
【0024】図5(A)〜(J)は、図4に示すように
本発明のEEPROMセルの製造工程図を示す。図5
(A)を参照すると、p型半導体基板41上に絶縁膜と
して酸化膜43を形成し、酸化膜43上にホトレジスト
膜44を塗布し、ソース/ドレーン領域が形成されるべ
き部分のホトレジスト膜44を除去して基板を露出させ
る。ホトレジスト膜44をマスクとして露出した基板に
+ 型不純物をイオン注入する。これにより、半導体基
板内に一定の間隔を置いてn+ 型ソース領域45とドレ
ーン領域47が形成される。この際、ソース/ドレーン
領域45,47は、一定の接合の深さを有する。残って
いるホトレジスト膜44を除去する。
【0025】図5(B)を参照すると、ソース/ドレー
ン領域45,47の間の酸化膜43と半導体基板41を
エッチングしてトレンチ49を形成する。トレンチ49
は前記ソース/ドレーン領域45,47の接合の深さよ
り小さいエッチングの深さを有し、ソース/ドレーン領
域45,47の一部分を含む。トレンチ領域49の下部
の基板はチャンネル領域となる。
【0026】図5(C)のように、基板の全面にわたっ
て絶縁膜51を塗布し、図5(D)のように異方性エッ
チングしてソース/ドレーン領域45,47に形成され
たトレンチ側壁内に第1スペーサ52を形成する。第1
スペーサ52の形成によってチャンネル領域に該当する
基板が露出する。基板のチャンネル領域に閾値調整用不
純物をイオン注入する。
【0027】図5(E)のように、前記露出した基板上
にゲート酸化膜53を形成する。図6(F)のように、
ゲート酸化膜の形成後、基板の全面にわたってホトレジ
スト膜54を塗布し、ドレーン領域47の上部のホトレ
ジスト膜54を除去して酸化膜43を露出させる。露出
した酸化膜43を除去してドレーン領域47の上部の基
板を露出させ、ホトレジスト膜54を除去する。
【0028】次に、図6(G)のように酸化工程により
露出した基板上に薄膜のトンネリング酸化膜55を形成
する。
【0029】図6(H)のように、基板の全面上にポリ
シリコン膜を塗布しパターニングして、トンネリング酸
化膜55とトレンチ49とを含んだソース/ドレーン領
域45,47の上部の酸化膜43上にフローティングゲ
ート57を形成する。
【0030】図6(I)のように、基板の全面にわたっ
て絶縁膜を塗布し異方性エッチングして、フローティン
グゲート57の両側の酸化膜43上に第2スペーサ59
を形成する。
【0031】図6(J)のように、フローティングゲー
トの側壁スペーサ59を形成した後、フローティングゲ
ート57及び側壁スペーサ59の表面上にコンデンサの
誘電体膜61を形成し、その上にコントロルゲート63
を形成して本発明のEEPROMセルを完成する。
【0032】
【発明の効果】前記の本発明によれば、消去時に大きい
電位差が生じるトンネリング酸化膜とドレーン領域間に
トレンチを形成し、トレンチ内に側壁スペーサを形成す
ることにより、ドレーン領域とコントロルゲート間の高
い電位差の発生によりドレーン領域47から基板へリー
ク電流が流れることを遮断することができる。
【0033】なお、前記のEEPROMセルは、ソース
/ドレーン領域が埋込形と形成され、ソース/ドレーン
領域の間のトレンチ内にゲート酸化膜が形成されるとと
もに、トレンチの上部にフローティングゲート及びコン
トロルゲートが形成され、EEPROMセルの良好な表
面形状が得られる。さらに、従来の複雑なフィールド酸
化工程及びトンネリング酸化膜を形成するためのフィー
ルド酸化膜エッチング工程が排除されるので、工程の単
純化を計ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 従来のEEPROMセルの製造工程図であ
る。
【図2】 図1のEEPROMセルの消去及び書込み動
作を説明するための図である。
【図3】 図1のEEPROMセルの書込み及び消去動
作時の電圧波形図である。
【図4】 本発明の実施例によるEEPROMセルの断
面図である。
【図5】 図3のEEPROMセルの製造工程図であ
る。
【図6】 図3のEEPROMセルの製造工程図であ
る。
【符号の説明】
41…半導体基板、42,54…ホトレジスト膜、43
…絶縁膜、45,47…ソース/ドレーン領域、49…
トレンチ、51…スペーサ用絶縁膜、52…第1スペー
サ、53…ゲート酸化膜、55…トンネリング酸化膜、
57…フローティングゲート、59…第2スペーサ、6
1…誘電体膜、63…コントロルゲート。

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 チャンネル領域を有する第1導電型の半
    導体基板と、 前記基板のチャンネル領域に形成された、一定の深さを
    有するトレンチと、 前記トレンチ内側の両側壁に形成された第1スペーサ
    と、 第1スペーサの間のトレンチの底面に形成されたゲート
    酸化膜と、 トレンチの外側及び底面の基板に形成された第2導電型
    のソース/ドレーン領域と、 前記トレンチと接しているドレーン領域の上部に形成さ
    れたトンネリング酸化膜と、 前記トレンチ及びトンネリング酸化膜を除いた基板の全
    表面上に形成された絶縁膜と、 ソース領域の上部の絶縁膜、トレンチ上部のゲート酸化
    膜及びトンネリング酸化膜上に形成されたフローティン
    グゲートと、 フローティングゲートの両側の絶縁膜上に形成された第
    2スペーサと、 フローティングゲート及び第2スペーサの表面上に形成
    された誘電体膜と、 誘電体膜上に形成されたコントロルゲートと、を含むこ
    とを特徴とするEEPROMセル。
  2. 【請求項2】 絶縁膜として、酸化膜が用いられること
    を特徴とする請求項1記載のEEPROMセル。
  3. 【請求項3】 ソース、ドレーン領域は、前記トレンチ
    の深さより相対的に大きい接合の深さを有する埋込形で
    あることを特徴とする請求項1記載のEEPROMセ
    ル。
  4. 【請求項4】 第1導電型の半導体基板上に絶縁膜を形
    成するステップと、 ホトエッチング工程によりソース/ドレーン領域が形成
    されるべき部分を除いた絶縁膜上にホトレジスト膜を残
    すステップと、 ホトレジスト膜をマスクとして基板に第2導電型の不純
    物をイオン注入し、一定の接合の深さを有する第2導電
    型のソース領域とドレーン領域とを半導体基板内に互い
    に一定の間隔を置いて形成するステップと、 前記ソース/ドレーン領域の一部分を含むソース/ドレ
    ーン領域の間の基板をエッチングして一定の深さのトレ
    ンチを形成するステップと、 基板の全面にわたって絶縁膜を塗布し異方性エッチング
    して、トレンチの側壁内に第1スペーサを形成するステ
    ップと、 前記第1スペーサの間のトレンチの底面上にゲート酸化
    膜を形成するステップと、 前記第1スペーサと隣合うドレーン領域の上部にトンネ
    リング酸化膜を形成するステップと、 基板の全面上にポリシリコン膜を塗布しパターニングし
    て、トンネリング酸化膜とトレンチを含むソース/ドレ
    ーン領域の上部の絶縁膜上にフローティングゲートを形
    成するステップと、 基板の全面にわたって絶縁膜を塗布し異方性エッチング
    して、フローティングゲートの両側の絶縁膜上に第2ス
    ペーサを形成するステップと、 フローティングゲート及び第2スペーサの表面上にコン
    デンサの誘電体膜を形成するステップと、 誘電体膜上にコントロルゲートを形成するステップと、
    を含むことを特徴とするEEPROMセルの製造方法。
  5. 【請求項5】 前記ソース/ドレーン領域の接合の深さ
    は、前記トレンチの深さより相対的に大きいことを特徴
    とする請求項4記載のEEPROMセルの製造方法。
  6. 【請求項6】 トレンチを形成した後、閾値を調節する
    ため基板へのイオン注入工程がさらに追加されることを
    特徴とする請求項4記載のEEPROMセルの製造方
    法。
  7. 【請求項7】 絶縁膜として、酸化膜が用いられること
    を特徴とする請求項4記載のEEPROMセルの製造方
    法。
  8. 【請求項8】 前記トンネリング酸化膜を形成するステ
    ップは、 基板の全面にわたってホトレジスト膜を塗布するステッ
    プと、 第1スペーサと隣合うドレーン領域上のホトレジスト膜
    を除去して絶縁膜を露出させるステップと、 前記ホトレジスト膜をマスクとして露出した絶縁膜を除
    去し、ドレーン領域の上部の基板を露出させるステップ
    と、 酸化工程によりドレーン領域の上部の露出した基板上に
    トンネリング酸化膜を形成するステップと、を含むこと
    を特徴とする請求項4記載のEEPROMセルの製造方
    法。
  9. 【請求項9】 互いに一定の間隔だけ離れた第2導電型
    のソース/ドレーン領域と前記ソース/ドレーン領域と
    の間に形成されたチャンネル領域を有する第1導電型の
    基板と、 基板のチャンネル領域に形成された深さを有するトレン
    チと、 前記トレンチの上部と少なくとも前記ソース領域の一部
    分上に形成されたゲート領域と、を含むことを特徴とす
    るEEPROMセル。
  10. 【請求項10】 トレンチの内側の両側壁に形成された
    第1スペーサをさらに含むことを特徴とする請求項9記
    載のEEPROMセル。
  11. 【請求項11】 ドレーンとゲート領域との間に前記ト
    レンチと接しているトンネリング酸化膜をさらに含むこ
    とを特徴とする請求項9記載のEEPROMセル。
  12. 【請求項12】 ゲート領域の各側壁と各々接してお
    り、少なくとも前記ソース/ドレーン領域の中の一つの
    領域の一部分上に形成された第2スペーサをさらに含む
    ことを特徴とする請求項9記載のEEPROMセル。
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