JPH10242309A - Nonvolatile semiconductor memory cell array and manufacturing method thereof - Google Patents

Nonvolatile semiconductor memory cell array and manufacturing method thereof

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JPH10242309A
JPH10242309A JP5717397A JP5717397A JPH10242309A JP H10242309 A JPH10242309 A JP H10242309A JP 5717397 A JP5717397 A JP 5717397A JP 5717397 A JP5717397 A JP 5717397A JP H10242309 A JPH10242309 A JP H10242309A
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JP
Japan
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semiconductor memory
memory cell
cell
layer
nonvolatile semiconductor
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JP5717397A
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Japanese (ja)
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Ryo Chin
領 陳
Shukan Ryo
修漢 廖
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GOTAI HANDOTAI KOFUN YUGENKOSHI
Original Assignee
GOTAI HANDOTAI KOFUN YUGENKOSHI
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    • HELECTRICITY
    • H10SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10BELECTRONIC MEMORY DEVICES
    • H10B41/00Electrically erasable-and-programmable ROM [EEPROM] devices comprising floating gates
    • H10B41/10Electrically erasable-and-programmable ROM [EEPROM] devices comprising floating gates characterised by the top-view layout
    • 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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  • Read Only Memory (AREA)
  • Semiconductor Memories (AREA)
  • Non-Volatile Memory (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a nonvolatile semiconductor memory cell array and manufacturing method thereof. SOLUTION: The cell has a local source electrode 38 in addition to a conventional floating gate 33, a control gate 34, a cell source electrode 36 and a cell drain electrode 37, thereby improving the device operation and reducing the no. of contact windows 40 of the cell array. This is effective to reduce the size of the cell array. One isolated region 39 is added in two metal lines, respectively, thereby avoiding crosstalk after reducing the size of the memory array and to improve its reliability.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、一種の非揮発性半
導体メモリセルアレイ(Non−Volatile S
emiconductor Memory Cell
Allay)とその製造方法に関し:とくに、一種のロ
ーカルソース極(Local Source)を増加し
た設計を有することで、そのアレイ結合の比率(cou
plingratio)を増加したものとその製造方法
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a non-volatile semiconductor memory cell array.
emicon conductor Memory Cell
Ally) and its manufacturing method: In particular, by having a design with a kind of local source increased, the array coupling ratio (cou) is increased.
The present invention relates to an apparatus having an increased pling ratio and a method for producing the same.

【0002】[0002]

【従来の技術】図1は伝統的なスタック式非揮発性半導
体メモリセルの断面図であり、その製造方法は以下のと
おりであった。即ち、まず半導体ウエハー1上に、一層
のトンネル酸化層2(tunnel oxide)と第
1ポリシリコン層3を形成し、その後、伝統的なリソグ
ラフィーとエッチング技術を用いて、必要なパターンを
定義する。さらにこのパターン上に、第1誘電層4と1
層の第2ポリシリコン層5を堆積させる。なお、通常、
該第1誘電層4の組成は、酸化シリコン/ニトロ化シリ
コン/酸化シリコンのONOサンドイッチ構造とされ
る。こうしてこのメモリセルのゲート極を形成するが、
その中、該ゲート極はさらにフローティングゲート3A
とコントロールゲート5Aの2種の異なる機能の部分に
分けられる。
2. Description of the Related Art FIG. 1 is a sectional view of a conventional stacked nonvolatile semiconductor memory cell, and a manufacturing method thereof is as follows. That is, first, a tunnel oxide layer 2 and a first polysilicon layer 3 are formed on the semiconductor wafer 1, and then a necessary pattern is defined by using a conventional lithography and etching technique. Further, on this pattern, the first dielectric layers 4 and 1
A second layer of polysilicon 5 is deposited. Usually,
The composition of the first dielectric layer 4 has an ONO sandwich structure of silicon oxide / nitrated silicon / silicon oxide. Thus, the gate electrode of this memory cell is formed.
Among them, the gate electrode further includes a floating gate 3A.
And the control gate 5A.

【0003】続いて、ゲート極に被覆されていないウエ
ハー領域に、必要な不純物イオンを注入してソース極6
とドレイン極7を形成し、その後、さらに一層の第2誘
電層8を堆積させ(通常、該第2誘電層は酸化シリコン
或いはニトロ化シリコンで組成される)、最後に、リソ
グラフィーとエッチング技術を用いて、ドレイン極7の
上方に一つのコンタクトウインドウ9(contact
window)を開け、以上を以て非揮発性半導体メ
モリセルの構造を完成していた。
Then, necessary impurity ions are implanted into a wafer region not covered with the gate electrode to form a source electrode 6.
Then, a second dielectric layer 8 is further deposited (usually, the second dielectric layer is composed of silicon oxide or nitrated silicon). Finally, lithography and etching techniques are performed. Using one contact window 9 (contact) above the drain electrode 7
(window) was opened, and the structure of the nonvolatile semiconductor memory cell was completed as described above.

【0004】続いて、図2は伝統的なスタック式非揮発
性半導体メモリセルのレイアウト図であり、図中の符号
10で示される領域は隔離領域とされる。
Next, FIG. 2 is a layout diagram of a conventional stacked nonvolatile semiconductor memory cell, and an area indicated by reference numeral 10 in the figure is an isolation area.

【0005】以上の説明で分かるように、伝統的なスタ
ック式非揮発性半導体メモリセルの設計は、各二つの非
揮発性半導体メモリセルの間に一つのコンタクトウイン
ドウを開ける必要があり、そのためメモリセルの大きさ
が相対的に制限されることとなった。また一方で、シリ
コン基板(図2中のS領域)が、第1ポリシリコン層の
既にエッチングされた部分で、セルフエッチングプロセ
スで、トレンチを受ける可能性があり、そのためにソー
ス線の連続性に影響が生じた。このほか、不断にデバイ
ス寸法が縮小される中にあって、2本の金属線間の距離
が非常に接近するためのクロストーク(cross t
alk)の状況が発生しやすくなった。このように、上
述の伝統的な非揮発性半導体メモリセルは欠点を有して
おり、それが該デバイスの信頼性に影響を及ぼすことに
なった。
As can be seen from the above description, the traditional stacked nonvolatile semiconductor memory cell design requires that one contact window be opened between each two nonvolatile semiconductor memory cells, and thus the memory The size of the cell was relatively limited. On the other hand, the silicon substrate (S region in FIG. 2) may be subjected to a trench in the already etched portion of the first polysilicon layer in a self-etching process, thereby reducing the continuity of the source line. The effect has occurred. In addition, as device dimensions are continually shrinking, the crosstalk between two metal lines becomes very close.
alk) is more likely to occur. Thus, the traditional non-volatile semiconductor memory cells described above have drawbacks, which have affected the reliability of the device.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、伝統的な設
計に較べ、一つのローカルソース極を増した設計によ
り、上述の欠点を徹底的に解決でき、並びにそのアレイ
結合比率を増加できる、一種の非揮発性半導体メモリセ
ルアレイとその製造方法を提供することを課題としてい
る。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention overcomes the above disadvantages and increases its array coupling ratio by providing a single local source pole design compared to traditional designs. An object of the present invention is to provide a kind of nonvolatile semiconductor memory cell array and a method for manufacturing the same.

【0007】本発明は次に、ドレイン極のコンタクトウ
インドウを開ける必要がなく、メモリセル寸法を縮小で
き、その密度を高められる、一種の非揮発性半導体メモ
リセルアレイの設計を提供することを課題としている。
Another object of the present invention is to provide a kind of nonvolatile semiconductor memory cell array design which can reduce the size of the memory cell and increase the density without having to open the contact window of the drain electrode. I have.

【0008】本発明はさらに、構造が簡単で、製造が容
易である、一種の非揮発性半導体メモリセルアレイを提
供することを課題としている。
Another object of the present invention is to provide a kind of nonvolatile semiconductor memory cell array which has a simple structure and is easy to manufacture.

【0009】本発明はさらにまた、低作業電圧で、操作
が容易であり、携帯しやすい非揮発性半導体メモリセル
アレイを提供することを課題としている。
It is still another object of the present invention to provide a nonvolatile semiconductor memory cell array which is easy to operate at a low operating voltage and is easy to carry.

【0010】本発明はさらに、二つの金属線中に、一つ
の隔離領域を増設してあり、デバイス寸法を縮小しても
クロストークを発生せず、デバイスの信頼性を高めるこ
とができる、一種の非揮発性半導体メモリセルアレイを
提供することを課題としている。
According to the present invention, furthermore, one isolation region is additionally provided in two metal wires, so that even if the device size is reduced, crosstalk does not occur and the reliability of the device can be improved. It is an object of the present invention to provide a nonvolatile semiconductor memory cell array.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、シリ
コン基板上で行と列をなす複数のフローティングゲート
と、フローティングゲートの上にあって列をなすと共に
連続して排列された複数のコントロールゲートと、シリ
コン基板上に位置し行をなす複数のローカルビット線
と、ローカルビット線の下方のシリコン基板内に位置し
行をなし交錯し両者間がフローティングゲートで隔てら
れている複数のセルソース極とセルドレイン極と、列を
なしセルドレイン極と交錯して排列された、複数のロー
カルソース極と、シリコン基板内に位置し、行をなしロ
ーカルビット線の間に位置し、その存在する列の隣合う
セルドレイン極とローカルソース極を隔離する複数の隔
離領域、以上を具えてなる、非揮発性半導体メモリセル
アレイとしている。
According to a first aspect of the present invention, there are provided a plurality of floating gates forming rows and columns on a silicon substrate, and a plurality of floating gates formed in columns on the floating gates and continuously arranged. A control gate, a plurality of local bit lines located on the silicon substrate in a row, and a plurality of cells located in the silicon substrate below the local bit line, intersecting the row and being separated by a floating gate. A plurality of local source electrodes, which are arranged in a row intersecting with the source and cell drain electrodes and the columns and the cell drain electrodes, are located in the silicon substrate, are located in the rows and are located between the local bit lines, and their existence. A nonvolatile semiconductor memory cell array comprising a plurality of isolation regions for isolating a cell drain electrode and a local source electrode adjacent to each other in a row to be formed.

【0012】請求項2の発明は、前記ローカルソース極
の全部を共同ローカルソース極に連接させたことを特徴
とする、請求項1に記載の非揮発性半導体メモリセルア
レイとしている。
According to a second aspect of the present invention, there is provided the nonvolatile semiconductor memory cell array according to the first aspect, wherein all of the local source poles are connected to a common local source pole.

【0013】請求項3の発明は、(A)p型シリコン基
板を提供する (B)上記p型シリコン基板上に隔離用のフィールド酸
化層領域を形成する (C)一つのトンネル酸化層と第1ポリシリコン層を連
続して上述のp型シリコン基板表面に堆積させる (D)リソグラフィーとエッチング技術を用いて、ポリ
シリコンフローティングゲートのパターンを形成する (E)さらに第1誘電層、金属けい化物層及び第2誘電
層を連続して堆積させてから、フローティングゲートの
上にコントロールゲートのパターンを形成する (F)上述のp型シリコン基板の選定した領域内に、n
型イオンを打ち込んでセルソース極とセルドレイン極を
形成する (G)一層のセルソース極及びドレイン極酸化層を堆積
させる (H)さらに一層の比較的厚い酸化層を堆積させて垂直
異方性プラズマエッチングを以てスペーサを形成する (I)一層の導電層を堆積し、リソグラフィーとエッチ
ング技術を用いてローカルビット線とローカルソース極
を同時に形成する、以上の(A)から(I)のステップ
を包括してなる、非揮発性半導体メモリセルの製造方法
としている。
The invention of claim 3 provides (A) a p-type silicon substrate. (B) forming a field oxide layer region for isolation on the p-type silicon substrate. (C) one tunnel oxide layer and a second oxide layer. (D) Form a polysilicon floating gate pattern using lithography and etching techniques (E) Further, a first dielectric layer, metal silicide Forming a control gate pattern on the floating gate after successively depositing a layer and a second dielectric layer. (F) In the selected region of the p-type silicon substrate described above, n
Forming cell source electrode and cell drain electrode by implanting type ions (G) Depositing one layer of cell source electrode and drain electrode oxide layer (H) Depositing one more relatively thick oxide layer and vertical anisotropy Forming a spacer by plasma etching (I) Depositing a single conductive layer and simultaneously forming a local bit line and a local source electrode using lithography and etching techniques, including the above steps (A) to (I). Thus, a method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory cell is provided.

【0014】請求項4の発明は、第1ポリシリコン層の
厚さを500から2000オングストロームの間とす
る、請求項3に記載の非揮発性半導体メモリセルの製造
方法としている。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory cell according to the third aspect, wherein the thickness of the first polysilicon layer is set to be between 500 and 2000 angstroms.

【0015】請求項5の発明は、金属けい化物層の厚さ
を1000から3000オングストロームの間とする、
請求項3に記載の非揮発性半導体メモリセルの製造方法
としている。
[0015] The invention according to claim 5, wherein the thickness of the metal silicide layer is between 1000 and 3000 angstroms.
According to a third aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a nonvolatile semiconductor memory cell.

【0016】請求項6の発明は、第1誘電層を酸化シリ
コン/ニトロ化シリコン/酸化シリコンのサンドイッチ
構造とし、それらをいずれも100から300オングス
トロームの等厚とする、請求項3に記載の非揮発性半導
体メモリセルの製造方法としている。
According to a sixth aspect of the present invention, the first dielectric layer has a sandwich structure of silicon oxide / nitrated silicon / silicon oxide, each of which has an equal thickness of 100 to 300 angstroms. This is a method for manufacturing a volatile semiconductor memory cell.

【0017】請求項7の発明は、打ち込むn型イオンを
砒素イオンとし、そのイオン注入エネルギー量を20か
ら80keVの間とし、注入イオン量を1E15から5
E15イオン/平方センチメートルの間とする、請求項
3に記載の非揮発性半導体メモリセルの製造方法として
いる。
According to a seventh aspect of the present invention, the n-type ions to be implanted are arsenic ions, the ion implantation energy amount is between 20 to 80 keV, and the implantation ion amount is 1E15 to 5
The method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory cell according to claim 3, wherein the method is between E15 ions / square centimeter.

【0018】請求項8の発明は、導電層の材料を、ポリ
シリコン、タングステン、タングステンシリコン、チタ
ンシリコンのいずれかとする、請求項3に記載の非揮発
性半導体メモリセルの製造方法としている。
The invention according to claim 8 is the method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory cell according to claim 3, wherein the material of the conductive layer is any one of polysilicon, tungsten, tungsten silicon, and titanium silicon.

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】図3に示されるのは本発明の非揮
発性半導体メモリセルアレイの望ましい実施例のレイア
ウト図であり、そのセルアレイは、セルアドレスの選択
機能を進行する上方選択線31と、共同ローカルソース
線32と、シリコン基板上で行と列をなす複数のフロー
ティングゲート33と、フローティングゲート33の上
にあって列をなすと共に連続して排列された複数のコン
トロールゲート34と、シリコン基板上に位置し行をな
す複数のローカルビット線35(Local Bit
line)と、ローカルビット線35の下に位置し交錯
する行をなす複数のセルソース極36とセルドレイン極
37で、両者間がフローティングゲート33で隔離され
ているものと、列をなし、セルドレイン極37と交錯し
て排列された、複数のローカルソース極38と、行をな
しローカルビット線35の間に位置し、その存在する列
の隣合うセルドレイン極37とローカルソース極38を
隔離する複数の隔離領域39と、ローカルワード線と外
界データ線(data line)(図には表示せず)
の複数のコンタクトウインドウ40、以上を含む。
FIG. 3 is a layout diagram of a preferred embodiment of a nonvolatile semiconductor memory cell array according to the present invention. The cell array includes an upper selection line 31 for performing a cell address selection function and an upper selection line 31 for performing a cell address selection function. A plurality of floating gates 33 arranged in rows and columns on the silicon substrate, a plurality of control gates 34 arranged in columns on the floating gates 33 and continuously arranged, and A plurality of local bit lines 35 (Local Bit Lines) located on the substrate and forming a row
a plurality of cell source poles 36 and cell drain poles 37 located below the local bit line 35 and forming intersecting rows, both of which are separated by a floating gate 33; A plurality of local source poles 38, which are arranged in a row interlaced with the drain poles 37, are located between the local bit lines 35 in a row, and separate the adjacent cell drain poles 37 and local source poles 38 in the existing column. A plurality of isolated regions 39, a local word line and an external data line (data line) (not shown)
A plurality of contact windows 40, or more.

【0020】図4に示されるように、上記共同ローカル
ソース線32は、一つの共同下方選択30(botto
m select)が制御し、その中、WL(0)、W
L(2)、・・・、WL(n−2)、WL(n−1)は
ワード線とされ、Data(0)、・・・、Data
(m−1)はデータ線とされ、ワード線とデータ線は交
差するよう排列されてアレイの構造を形成している。
As shown in FIG. 4, the common local source line 32 has one common lower selection 30 (botto).
m select), in which WL (0), W
L (2),..., WL (n−2), WL (n−1) are word lines, and Data (0),.
(M-1) is a data line, and the word line and the data line are arranged so as to intersect to form an array structure.

【0021】続いて、図5は本発明のもう1種の非揮発
性半導体メモリセルアレイのレイアウト図である。該実
施例の構造は基本的には図3に示されるものとほぼ同じ
であるが、ローカルソース極が分けられている。図6に
示されるように、該実施例では各ローカルソース極38
がいずれも一本の独立した制御線BS(0)、・・・、
BS(m−1)を有している。
FIG. 5 is a layout diagram of another nonvolatile semiconductor memory cell array of the present invention. The structure of this embodiment is basically the same as that shown in FIG. 3, except that the local source pole is separated. As shown in FIG. 6, in this embodiment, each local source pole 38
Are one independent control line BS (0),...
BS (m-1).

【0022】図7は本発明のセルをワード線BB方向に
切断した断面図である。本発明の開始材料はp型シリコ
ン基板41で、まずp型シリコン基板41に隔離用のフ
ィールド酸化層42とトンネル酸化層46を形成する。
続いて、フィールド酸化層42とトンネル酸化層46の
上方に一層のホトレジスト43を塗布し、その後、リソ
グラフィーとエッチング技術を用いて、活性領域と隔離
領域を定義する。その中、該活性領域中には、一つのセ
ルチャネル(cell channel)と、一つのセ
ルソース極及びドレイン極(cell source/
drain)とが含まれる。
FIG. 7 is a sectional view of the cell of the present invention cut in the direction of the word line BB. The starting material of the present invention is a p-type silicon substrate 41. First, an isolation field oxide layer 42 and a tunnel oxide layer 46 are formed on the p-type silicon substrate 41.
Subsequently, a layer of photoresist 43 is applied over the field oxide layer 42 and the tunnel oxide layer 46, and then an active region and an isolation region are defined using lithography and etching techniques. In the active region, one cell channel and one cell source / drain electrode (cell source / drain) are provided in the active region.
drain).

【0023】上述のフィールド酸化層42は熱酸化法
(Thermal Growth)を利用し、上述のp
型シリコン基板41の表面のシリコン原子を酸化して形
成する。熱酸化の温度は1100から1200℃の間と
し、厚さ3000から6500オングストロームの間の
酸化層を形成する。上述のトンネル酸化層46も熱酸化
法で形成し、その厚さは50から100オングストロー
ムの間とする。
The above-mentioned field oxide layer 42 is formed by using a thermal oxidation method (Thermal Growth).
It is formed by oxidizing silicon atoms on the surface of the mold silicon substrate 41. The temperature of the thermal oxidation is between 1100 and 1200 ° C. to form an oxide layer between 3000 and 6500 angstroms thick. The above-described tunnel oxide layer 46 is also formed by a thermal oxidation method, and has a thickness between 50 and 100 angstroms.

【0024】図8も本発明のセルをワード線BB方向に
切断した断面図である。続いて、一層の第1ポリシリコ
ン層47を堆積させた後、リソグラフィーとエッチング
技術を用いてフローティングゲートパターンを定義し、
さらにこのパターン上に、一層の酸化シリコン/ニトロ
化シリコン/酸化シリコンのONOサンドイッチ構造を
有する第1誘電層49を堆積する。それらの厚さはいず
れも100から300オングストロームの間とし、さら
にポリサイド層51と第2誘電層53を順に堆積させ、
最後に再びリソグラフィーとエッチング技術を用いて、
コントロールゲートを定義しワード線のパターンを形成
する。
FIG. 8 is also a sectional view of the cell of the present invention cut in the direction of the word line BB. Subsequently, after a first polysilicon layer 47 is deposited, a floating gate pattern is defined using lithography and etching techniques,
Further, a first dielectric layer 49 having a silicon oxide / nitrated silicon / silicon oxide ONO sandwich structure is deposited on the pattern. Each of them has a thickness between 100 and 300 Å, and a polycide layer 51 and a second dielectric layer 53 are sequentially deposited.
Finally, again using lithography and etching technology,
A control gate is defined and a word line pattern is formed.

【0025】上述の第1ポリシリコン層47は、通常、
ポリシリコン形成と同時にドープする方式の低圧化学気
相成長法(LPCVDF)で形成し、その反応気体は
(15%PH3 /85%SiH4 )と(5%PH3 /9
5%N2 )の混合気体とし、反応圧力は1torr、反
応温度は約550℃、その厚さは500から2000オ
ングストロームの間とする。上述の第1ポリシリコン層
に対するプラズマエッチングには、磁場増強式反応性イ
オンエッチング(MARIE)或いは電子サクロトロン
共鳴(ECR)プラズマエッチング、或いは伝統的な反
応性イオンエッチング(RIE)技術を用い、サブミク
ロン集積回路技術領域にあっては、通常、磁場増強式反
応性イオンエッチング(MARIE)を用い、その反応
気体はCl2 、SF6 及びHBrの混合気体とする。上
述のポリサイド層51は、通常は堆積法で形成したタン
グステンシリコン或いはチタンシリコン等、金属けい化
物をとし、その厚さは1000から3000オングスト
ロームの間とする。上述の第2誘電層53は、通常低圧
化学気相成長法(LPCVD)を利用して形成した酸化
シリコン或いはニトロ化シリコン(Si3 4 )とし、
その厚さは1000から3000オングストロームの間
とする。
The above-mentioned first polysilicon layer 47 is usually
Formed by low pressure chemical vapor deposition method of simultaneously doping the polysilicon formation (LPCVDF), the reaction gas with (15% PH 3/85% SiH 4) (5% PH 3/9
A gas mixture of 5% N 2 ), a reaction pressure of 1 torr, a reaction temperature of about 550 ° C., and a thickness between 500 and 2000 Å. The first polysilicon layer is plasma-etched using magnetic field-enhanced reactive ion etching (MARIE) or electron cyclotron resonance (ECR) plasma etching, or a conventional reactive ion etching (RIE) technique. In the area of integrated circuit technology, magnetic field enhanced reactive ion etching (MARIE) is generally used, and the reaction gas is a mixture of Cl 2 , SF 6 and HBr. The above-mentioned polycide layer 51 is usually made of metal silicide such as tungsten silicon or titanium silicon formed by a deposition method, and has a thickness between 1000 and 3000 angstroms. The above-mentioned second dielectric layer 53 is made of silicon oxide or nitrated silicon (Si 3 N 4 ) usually formed by using low pressure chemical vapor deposition (LPCVD),
Its thickness is between 1000 and 3000 angstroms.

【0026】図9から図13はいずれもローカルビット
線CC方向で切断した断面図である。まず、図9は、フ
ラッシュ或いはEPROMメモリセルソース極とセルド
レイン領域のドープステップを示し、通常は、イオン注
入法を用いて砒素(As75)イオン55を打ち込み、そ
のイオン注入エネルギー量は20から80keVの間と
し、注入イオン量は1E15から5E15イオン/平方
センチメートルの間とする。
9 to 13 are cross-sectional views cut in the direction of the local bit line CC. First, FIG. 9 shows a doping step of a source electrode and a cell drain region of a flash or EPROM memory cell. Usually, arsenic (As 75 ) ions 55 are implanted by ion implantation, and the ion implantation energy amount is from 20. It is between 80 keV and the amount of implanted ions is between 1E15 and 5E15 ions / cm 2.

【0027】その後、図10に示されるように、セルソ
ース極36とドレイン極37領域上方に、一層のセルソ
ース及びドレイン酸化層57(cell source
/drain oxide)を形成し、さらに図10の
如くスペーサ(spacer)酸化層59を堆積させ
る。上述のセルソース及びドレイン酸化層57形成のス
テップは、ソースとドレインの不純物混入の動作でもあ
り、純窒素の環境の下で、温度約900から1000℃
で約30分進行し、ソースとドレインの不純物を設計ど
おりに正確に分布させる。上述のスペーサ酸化層59は
通常はプラズマ増強式化学気相成長法(PECVD)で
形成したテトラエトロキシルシラン(TEOS)とし、
その厚さは2000から4000オングストロームの間
とする。
Thereafter, as shown in FIG. 10, a single cell source / drain oxide layer 57 (cell source) is formed above the region of the cell source electrode 36 and the drain electrode 37.
/ Drain oxide), and a spacer oxide layer 59 is deposited as shown in FIG. The above-described step of forming the cell source and drain oxide layers 57 is also an operation of mixing impurities in the source and the drain, and is performed under a pure nitrogen environment at a temperature of about 900 to 1000 ° C.
The process proceeds for about 30 minutes, and the impurities of the source and the drain are accurately distributed as designed. The above-mentioned spacer oxide layer 59 is usually made of tetraethoxyl silane (TEOS) formed by plasma enhanced chemical vapor deposition (PECVD),
Its thickness is between 2000 and 4000 angstroms.

【0028】次に、図11に示されるように、まずリソ
グラフィー技術を用いてホトレジストパターン61を形
成し、ソース極上方の酸化層を保護し、さらに垂直異方
性プラズマエッチング技術を用いて、余分な酸化層を除
去し、スペーサの支承する酸化層59を形成する。酸化
層のプラズマエッチングには通常磁場増強式反応性イオ
ンエッチング(MARIE)を利用し、その反応気体
は、通常CF4 、CHF3 及びArとする。
Next, as shown in FIG. 11, first, a photoresist pattern 61 is formed using lithography technology, the oxide layer above the source electrode is protected, and an extra layer is formed using vertical anisotropic plasma etching technology. The oxide layer is removed to form an oxide layer 59 that supports the spacer. The oxide layer is usually etched by magnetic field enhanced reactive ion etching (MARIE), and the reaction gas is usually CF 4 , CHF 3 and Ar.

【0029】最後に、図12と図13は、ローカルビッ
ト線(Local Bit Line)とローカルソー
ス極は同時に形成し、一層の導電層63を、その厚さ2
000から4000オングストロームの間に形成した
後、リソグラフィーとエッチング技術を用いてローカル
ビット線とローカルソース極を定義する。上述の導電層
63の材料はポリシリコン、タングステン或いはタング
ステンシリコン、チタンシリコン等の金属けい化物とす
る。図12はローカルビット線に沿って切断した断面図
であり、図13はローカルソース極に沿って切断した断
面図である。
Finally, FIGS. 12 and 13 show that a local bit line (Local Bit Line) and a local source electrode are formed at the same time, and one conductive layer 63 is formed to a thickness of 2
After forming between 000 and 4000 angstroms, local bit lines and local source poles are defined using lithography and etching techniques. The material of the above-mentioned conductive layer 63 is polysilicon, tungsten or a metal silicide such as tungsten silicon or titanium silicon. FIG. 12 is a sectional view taken along a local bit line, and FIG. 13 is a sectional view taken along a local source pole.

【0030】最後に、以下の表1を以て、本発明のセル
の動作原理を説明する。このセルがプログラミング動作
を執行する時、ローカルビット線(即ちセルドレイン極
37)部分は必ず正の低電位(LV)にあり、もしワー
ド線(即ちコントロールゲート34)部分が負の高電位
(−HV)にあれば、電子はフローティングゲート33
よりセルドレイン極37中に進入する。これは図12の
(A)部分に示されるとおりである。反対に、このセル
が消去動作を執行するとき、ソースとローカルビット線
(即ちセルドレイン極)はいずれも0Vとなり、ワード
線(コントロールゲート)部分が高電位(HV)とな
り、電子はチャンネルよりフローティングゲート33に
進入し、もとあったデータを消去する。これは図12の
(B)部分に示されるとおりである。このセルが読み出
し(Read)動作を行う時、ワード線(コントロール
ゲート)とセルドレイン極はいずれも正の低電位(+L
V)となる。
Finally, the operation principle of the cell of the present invention will be described with reference to Table 1 below. When the cell performs a programming operation, the local bit line (ie, cell drain pole 37) portion is always at a positive low potential (LV) and the word line (ie, control gate 34) portion is at a negative high potential (-). HV), the electrons are floating gate 33
Then, it enters the cell drain electrode 37. This is as shown in part (A) of FIG. Conversely, when the cell performs an erase operation, the source and the local bit line (ie, the cell drain electrode) are both at 0 V, the word line (control gate) is at a high potential (HV), and electrons are floating from the channel. It enters the gate 33 and erases the original data. This is as shown in FIG. When this cell performs a read operation, both the word line (control gate) and the cell drain electrode have a positive low potential (+ L
V).

【表1】 [Table 1]

【0031】[0031]

【発明の効果】本発明の提供する非揮発性半導体メモリ
セルアレイとその製造方法は、その設計が伝統的なフロ
ーティングゲート、コントロールゲート、セルソース極
及びセルドレイン極を形成してあるほかに、ローカルソ
ース極が加えられたものとされ、それによりデバイスの
動作を向上し、またこの設計によりセルアレイのコンタ
クトウインドウの数を減少でき、セルアレイの寸法縮小
に有効であり、また、本発明は各2本の金属線中に一つ
の隔離領域を増設してあり、それによりセルアレイの寸
法縮小後のクロストークの発生を防ぎ、その信頼性を高
めることができる。
As described above, the nonvolatile semiconductor memory cell array and the method of manufacturing the same according to the present invention have a design in which a traditional floating gate, control gate, cell source electrode, and cell drain electrode are formed. Source poles have been added, thereby improving the operation of the device, and this design can reduce the number of contact windows in the cell array, which is effective in reducing the size of the cell array. In this case, one isolation region is additionally provided in the metal line, thereby preventing the occurrence of crosstalk after the size reduction of the cell array and improving its reliability.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】伝統的なスタック式非揮発性半導体メモリセル
の断面図である。
FIG. 1 is a cross-sectional view of a traditional stacked nonvolatile semiconductor memory cell.

【図2】伝統的なスタック式非揮発性半導体メモリセル
のレイアウト図である。
FIG. 2 is a layout diagram of a traditional stacked nonvolatile semiconductor memory cell.

【図3】本発明の実施例の共同ローカルソース極を有す
る非揮発性半導体メモリセルアレイのレイアウト図であ
る。
FIG. 3 is a layout diagram of a nonvolatile semiconductor memory cell array having a common local source pole according to an embodiment of the present invention.

【図4】図3の等効電気回路図である。FIG. 4 is an equivalent electric circuit diagram of FIG. 3;

【図5】本発明の別の実施例の独立ローカルソース極を
有する非揮発性半導体メモリセルアレイのレイアウト図
である。
FIG. 5 is a layout diagram of a nonvolatile semiconductor memory cell array having independent local source poles according to another embodiment of the present invention.

【図6】図5の等効電気回路図である。6 is an equivalent electric circuit diagram of FIG.

【図7】本発明の非揮発性半導体メモリセルの製造方法
を示す断面図である。
FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating a method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory cell of the present invention.

【図8】本発明の非揮発性半導体メモリセルの製造方法
を示す断面図である。
FIG. 8 is a cross-sectional view illustrating the method for manufacturing the nonvolatile semiconductor memory cell of the present invention.

【図9】本発明の非揮発性半導体メモリセルの製造方法
を示す断面図である。
FIG. 9 is a cross-sectional view illustrating a method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory cell of the present invention.

【図10】本発明の非揮発性半導体メモリセルの製造方
法を示す断面図である。
FIG. 10 is a sectional view showing the method for manufacturing the nonvolatile semiconductor memory cell of the present invention.

【図11】本発明の非揮発性半導体メモリセルの製造方
法を示す断面図である。
FIG. 11 is a sectional view illustrating the method for manufacturing the nonvolatile semiconductor memory cell of the present invention.

【図12】本発明の非揮発性半導体メモリセルの製造方
法を示す断面図である。
FIG. 12 is a sectional view showing the method for manufacturing the nonvolatile semiconductor memory cell of the present invention.

【図13】本発明の非揮発性半導体メモリセルの製造方
法を示す断面図である。
FIG. 13 is a sectional view illustrating the method for manufacturing the nonvolatile semiconductor memory cell of the present invention.

【図14】本発明の非揮発性半導体メモリセルの操作表
示図である。
FIG. 14 is an operation display diagram of the nonvolatile semiconductor memory cell of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

31 上方選択線 32 共同ローカルソース線 33 フローティングゲート 34 コントロールゲート 35 ローカルビット線 36 セルソース極 37 セルドレイン極 38 ローカルソース極 39 隔離領域 40 コンタクトウインドウ 30 共同下方選択 41 p型シリコン基板 42 フィールド酸化層 46 トンネル酸化層 43 ホトレジスト 47 第1ポリシリコン層 49 第1誘電層 51 ポリサイド層 53 第2誘電層 57 セルソース及びドレイン酸化層 59 スペーサ酸化層 61 ホトレジストパターン 63 導電層 REFERENCE SIGNS LIST 31 upper selection line 32 common local source line 33 floating gate 34 control gate 35 local bit line 36 cell source electrode 37 cell drain electrode 38 local source electrode 39 isolation region 40 contact window 30 common lower selection 41 p-type silicon substrate 42 field oxide layer Reference Signs List 46 tunnel oxide layer 43 photoresist 47 first polysilicon layer 49 first dielectric layer 51 polycide layer 53 second dielectric layer 57 cell source and drain oxide layer 59 spacer oxide layer 61 photoresist pattern 63 conductive layer

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H01L 27/115 ──────────────────────────────────────────────────の Continued on front page (51) Int.Cl. 6 Identification code FI H01L 27/115

Claims (8)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 シリコン基板上で行と列をなす複数のフ
ローティングゲートと、フローティングゲートの上にあ
って列をなすと共に連続して排列された複数のコントロ
ールゲートと、シリコン基板上に位置し行をなす複数の
ローカルビット線と、ローカルビット線の下方のシリコ
ン基板内に位置し行をなし交錯し両者間がフローティン
グゲートで隔てられている複数のセルソース極とセルド
レイン極と、列をなしセルドレイン極と交錯して排列さ
れた、複数のローカルソース極と、シリコン基板内に位
置し、行をなしローカルビット線の間に位置し、その存
在する列の隣合うセルドレイン極とローカルソース極を
隔離する複数の隔離領域、以上を具えてなる、非揮発性
半導体メモリセルアレイ。
A plurality of floating gates arranged in rows and columns on a silicon substrate; a plurality of control gates arranged in columns on the floating gates and continuously arranged; and a plurality of control gates arranged in a row on the silicon substrate. A plurality of local bit lines, a plurality of cell source poles and a plurality of cell drain poles located in the silicon substrate below the local bit lines and interleaved and separated by a floating gate. A plurality of local source poles arranged in a row intersecting with the cell drain pole, and a plurality of local source poles located in the silicon substrate, located between the local bit lines, and adjacent cell drain poles and local sources in the existing column. A non-volatile semiconductor memory cell array comprising a plurality of isolated regions for separating poles.
【請求項2】 前記ローカルソース極は全部が共同ロー
カルソース極に連接していることを特徴とする、請求項
1に記載の非揮発性半導体メモリセルアレイ。
2. The nonvolatile semiconductor memory cell array according to claim 1, wherein all of the local source poles are connected to a common local source pole.
【請求項3】 (A)p型シリコン基板を提供する (B)上記p型シリコン基板上に隔離用のフィールド酸
化層領域を形成する (C)一つのトンネル酸化層と第1ポリシリコン層を連
続して上述のp型シリコン基板表面に堆積させる (D)リソグラフィーとエッチング技術を用いて、ポリ
シリコンフローティングゲートのパターンを形成する (E)さらに第1誘電層、金属けい化物層及び第2誘電
層を連続して堆積させてから、フローティングゲートの
上にコントロールゲートのパターンを形成する (F)上述のp型シリコン基板の選定した領域内に、n
型イオンを打ち込んでセルソース極とセルドレイン極を
形成する (G)一層のセルソース極及びドレイン極酸化層を堆積
させる (H)さらに一層の比較的厚い酸化層を堆積させて垂直
異方性プラズマエッチングを以てスペーサを形成する (I)一層の導電層を堆積し、リソグラフィーとエッチ
ング技術を用いてローカルビット線とローカルソース極
を同時に形成する、以上の(A)から(I)のステップ
を包括してなる、非揮発性半導体メモリセルの製造方
法。
(A) providing a p-type silicon substrate; (B) forming a field oxide layer region for isolation on the p-type silicon substrate; and (C) forming one tunnel oxide layer and a first polysilicon layer. (D) forming a pattern of a polysilicon floating gate by using lithography and etching techniques; (E) further forming a first dielectric layer, a metal silicide layer, and a second dielectric layer After the layers are continuously deposited, a control gate pattern is formed on the floating gate. (F) In the selected region of the p-type silicon substrate described above, n
Forming cell source electrode and cell drain electrode by implanting type ions (G) Depositing one layer of cell source electrode and drain electrode oxide layer (H) Depositing one more relatively thick oxide layer and vertical anisotropy Forming a spacer by plasma etching (I) Depositing a single conductive layer and simultaneously forming a local bit line and a local source electrode using lithography and etching techniques, including the above steps (A) to (I). A method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory cell.
【請求項4】 第1ポリシリコン層の厚さは500から
2000オングストロームの間とする、請求項3に記載
の非揮発性半導体メモリセルの製造方法。
4. The method of claim 3, wherein the thickness of the first polysilicon layer is between 500 and 2000 angstroms.
【請求項5】 金属けい化物層の厚さは1000から3
000オングストロームの間とする、請求項3に記載の
非揮発性半導体メモリセルの製造方法。
5. The thickness of the metal silicide layer is from 1000 to 3
The method of claim 3, wherein the non-volatile semiconductor memory cell is between 2,000 Å.
【請求項6】 第1誘電層は酸化シリコン/ニトロ化シ
リコン/酸化シリコンのサンドイッチ構造とし、それら
はいずれも100から300オングストロームの等厚と
する、請求項3に記載の非揮発性半導体メモリセルの製
造方法。
6. The non-volatile semiconductor memory cell according to claim 3, wherein the first dielectric layer has a sandwich structure of silicon oxide / nitrated silicon / silicon oxide, each of which has an equal thickness of 100 to 300 Å. Manufacturing method.
【請求項7】 打ち込むn型イオンは砒素イオンとし、
そのイオン注入エネルギー量は20から80keVの間
とし、注入イオン量は1E15から5E15イオン/平
方センチメートルの間とする、請求項3に記載の非揮発
性半導体メモリセルの製造方法。
7. An n-type ion to be implanted is an arsenic ion,
4. The method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory cell according to claim 3, wherein the ion implantation energy is between 20 and 80 keV, and the ion implantation is between 1E15 and 5E15 ions / cm 2.
【請求項8】 導電層の材料は、ポリシリコン、タング
ステン、タングステンシリコン、チタンシリコンのいず
れかとする、請求項3に記載の非揮発性半導体メモリセ
ルの製造方法。
8. The method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory cell according to claim 3, wherein a material of the conductive layer is any one of polysilicon, tungsten, tungsten silicon, and titanium silicon.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2003209193A (en) * 2001-12-29 2003-07-25 Hynix Semiconductor Inc Method for forming gate electrode of semiconductor element

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