JPH11297968A - セルフアラインソース工程を用いる不揮発性メモリ装置の製造方法 - Google Patents
セルフアラインソース工程を用いる不揮発性メモリ装置の製造方法Info
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- JPH11297968A JPH11297968A JP10367442A JP36744298A JPH11297968A JP H11297968 A JPH11297968 A JP H11297968A JP 10367442 A JP10367442 A JP 10367442A JP 36744298 A JP36744298 A JP 36744298A JP H11297968 A JPH11297968 A JP H11297968A
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Abstract
メモリ装置の製造方法を提供する。 【解決手段】 半導体基板の上部にフィールド酸化膜を
形成して前記基板にアクティブ領域を設定した後、基板
の上部にトンネル酸化膜、第1導電層、層間誘電膜及び
第2導電層を順次に形成する。アクティブ領域の上部に
第1導電層と第2導電層との積層ゲートを形成する。前
記積層ゲートにより露出されたアクティブ領域に第1不
純物をイオン注入して第1濃度のソース/ドレイン領域
を形成し、ワードラインをエッチング用マスクとして用
いて露出されたフィールド酸化膜を取り除く。各セルの
ソース領域とワードラインの一部を露出させた後、その
露出されたワードラインをマスクとして用いて第2不純
物をイオン注入する。メモリセルアレーの積層ゲートを
形成するためのマスクを用いてSASエッチング工程を
行うので、別途のSAS工程用のマスクを必要とせず、
ビットラインコンタクト領域における工程マージンを確
保することができる。
Description
置(non-volatile memory device)の製造方法に係
り、より詳しくは、フローティングゲートとコントロー
ルゲートとの積層ゲート構造を有するNOR型のフラッ
シュメモリ装置の製造方法に関する。
andom Access memory)及びSRAM(Static Random Acc
ess memory)のように時間の経過に応じてデータを消失
するという揮発性を有するが、データの入・出力が速い
RAM(Random Access memory)製品と、一回のデータ入
力によりその状態は維持可能であるが、データの入・出
力が遅いROM(Read Only Memory)製品とに大別され
る。このようなROM製品は、ROM、PROM(Progr
ammable ROM)、EPROM(erasable PROM)、EE
PROM(Electrically EPROM)に分けられる。
このうち、電気的にデータをプログラムでき、また消去
できるEEPROMに対する需要が増えつつある。前記
EEPROMセルや、データの一括消去が可能なフラッ
シュメモリセルは、フローティングゲートとコントロー
ルゲートとの積層ゲート構造を有する。
D型に分けられる。高集積化に有利なNAND型におい
ては、N個のセルが直列に連結されて単位ストリングを
なし、その単位ストリングがビットラインと接地ライン
との間に並列に連結されている。一方、高速動作に有利
なNOR型においては、各セルがビットラインと接地ラ
インとの間に並列に連結されている。
の構造及びその動作方式はIEDM ’85,pp.616-619,“A S
INGLE TRANSISTOR EPROM CELL AND ITS IMPLEMENTATION
INA 512K CMOS EEPROM ”に開示されており、以下に、
この内容を図1乃至図3を参照して説明する。
置においてメモリセルアレーの一部を示したレイアウト
図である。図2は前記メモリセルアレーの等化回路図で
あり、図3は単位セルの垂直断面図である。ここで、参
照番号10は半導体基板を、11はアクティブ領域を、
14はトンネル酸化膜をそれぞれ示す。また、参照番号
16はフローティングゲートを、18は層間誘電膜を、
20はコントロールゲートを、24a,24bはソース
及びドレイン領域を、28はビットラインコンタクトを
それぞれ示す。
形成される多数のビットライン(B/L)、ワードライ
ン(W/L)及びソースライン(CSL)を含むメモリ
セルアレーにおいて、前記ワードラインと、金属層から
なるビットライン(B/L)が直交する領域に、フロー
ティングゲート16とコントロールゲート20との積層
ゲート構造からなる単位セルが形成される。二つのセル
は一つのビットラインコンタクト28によりビットライ
ン(B/L)と連結され、前記ワードラインと平行な不
純物拡散層からなるアクティブソース領域11は前記ビ
ットライン(B/L)と平行なソースライン(CSL)
に数十ビットごとに連結される。
グゲート16と基板10との間にトンネル酸化膜14が
形成され、前記フローティングゲート16と、ワードラ
イン(W/L)として提供されるコントロールゲート2
0との間に層間誘電膜18が形成される。また、前記基
板10の表面には前記積層ゲートとセルフアライニング
されてソース/ドレイン領域24a,24bが形成され
る。前記フローティングゲート16はアクティブ領域と
前記アクティブ領域の両側のフィールド領域の縁部の一
部分に形成されることにより、隣接するセルのフローテ
ィングゲート16から分離される。前記コントロールゲ
ート20は隣接するセルのコントロールゲート20と連
結されることにより、ワードライン(W/L)を形成す
る。
ソース/ドレイン領域24a,24bを共有する。単位
セルのドレイン領域24bは同一行において隣接するセ
ルのドレイン領域24bと連結され、前記ドレイン領域
24bにはビットラインコンタクト28が形成される。
同一行に形成されたビットラインコンタクト28はワー
ドライン(W/L)に対して垂直に配置されるビットラ
イン(B/L)により電気的に連結される。すなわち、
二つのセルは一つのビットラインコンタクト28により
ビットライン(B/L)と連結される。
ン(W/L)と平行な不純物拡散層からなるアクティブ
ソース領域11を通して同一列において隣接するセルの
ソース領域24aと連結される。また、ソースラインの
抵抗を低減するため、ワードライン(W/L)と平行な
アクティブソース領域11に複数のビットライン(B/
L)ごとに一つのソースラインコンタクトが形成され
る。前記ビットライン(B/L)と平行なソースライン
(CSL)が前記ソースラインコンタクトを通してアク
ティブソース領域11に電気的に連結される。
作においては、チャンネル熱電子(CHE)注入方式を
用いてプログラミングし、F−Nトンネリング(Fowler
-Nordheim tunneling )方式を用いてソースやバルク基
板を通して消去する。
ローティングゲートに電子を貯蔵してセルのスレショル
ド電圧(Vth)を初期のVth値の約2Vから7V程
度に増加させる。すなわち、選択ビットラインに6〜7
Vを、選択ワードラインに10〜12Vを印加し、ソー
ス及びバルク基板には0Vを印加すると、チャンネル熱
電子の一部がゲート電界によりトンネル酸化膜を通して
フローティングゲートに注入されることにより、前記セ
ルがプログラミングされる。
トの電子を放電させてセルのスレショルド電圧を初期の
Vth値である2V程度に低める。すなわち、選択ビッ
トラインをフローティングさせ、ソースに12〜15V
を、選択ワードラインには0Vを印加すると、フローテ
ィングゲートとソース接合との電圧差により100Å程
度のトンネル酸化膜によるF−Nトンネリング方式でフ
ローティングゲート16内の電子がソース接合に放電さ
れることにより、データの消去が行われる。通常、全て
のセルのソース接合はアクティブソース領域により電気
的に一つに連結されるので、前記消去動作としては多数
のワードラインとビットラインを含む数百〜数千ビット
を一つのブロックで一括的に消去する方式を採用する。
また、前記消去動作時のソース電圧がプログラム動作時
のドレイン電圧より高いので、ソース接合がドレイン接
合より高いブレークダウン電圧を有するように、前記ソ
ース接合を図3に示した二重拡散接合(double diffused
junction :以下、DDという)構造で形成する。
ンに1V程度の電圧を印加し、ワードラインには4〜5
Vを印加して消去及びプログラムセルによる電流経路の
発生有無を感知する。
び読み出し動作時、セルにより発生する多量の電流を接
地ノードに放出させる役目を果たす。チャンネル熱電子
注入方式を用いるフラッシュメモリセルでは、多量の電
流を迅速に放出させるために16〜32ビットごとに一
つのソースラインが形成される。
は、セルのサイズに応じてF−Nトンネリング特性や熱
電子発生効率が変わり、特に、高集積化によりセルが微
細になるにつれて、この問題は非常に深刻になる。例え
ば、セルのチャンネル領域が変わる場合としてチャンネ
ルの長さの短いセルの場合にはソースとドレインとの穿
孔特性は低下するが、プログラム動作時はセル電流が増
加して熱電子の発生効率が高くなることにより、迅速な
プログラミング時間が得られる。また、ソース消去動作
時のソース接合とフローティングゲートとのオーバーラ
ップ面積が増加する場合には、ソース電圧(Vs)の印
加時、フローティングゲートに誘導される電圧(Vf)
は次のようになる。
オーバーラップキャパシタンスであり、Ctは総キャパ
シタンスで“Cs+Cb+Cf”として定義される。こ
こで、Cbはバルク基板とフローティングゲートとのオ
ーバーラップキャパシタンスであり、Cfはフローティ
ングゲートとコントロールゲートとのオーバーラップキ
ャパシタンスである。したがって、Csが大きくなるほ
ど、Vfも大きくなるので、F−Nトンネリングに必要
なトンネル酸化膜の両端間の電界は減少して消去時間が
長くなる。
メモリ装置において、アクティブソース領域とワードラ
インとの間にミスアラインが発生する場合を示したレイ
アウト図である。図5A及び図5Bはそれぞれ図4に示
したA1−A1’線及びA2−A2’線による断面図で
ある。
リ装置では、図1のレイアウトからわかるように、アク
ティブソース領域11が隣接するセルと連結されるよう
に“⊥”状で形成される。したがって、図4に示したよ
うにワードラインとして提供されるコントロールゲート
20をパタニングするとき、アクティブソース領域11
とのミスアライン(b参照)が発生すると、図5Bに示
したように特定のセルでソース接合24aとフローティ
ングゲート16とのオーバーラップ面積が増加する。こ
れにより、ソース接合24aとフローティングゲート1
6とのオーバーラップキャパシタンス(Cs)は大きく
なる。これを防止するためには、図1に示したようにア
クティブソース領域11とワードラインとして提供され
るコントロールゲート20との離隔距離(a)を大きく
すべきであるが、これはセルの面積を増加させるので、
高集積化メモリセルのレイアウトには不向きである。
の方法が米国特許公報第5,470,773号に開示さ
れている。図6は当該方法によるNOR型のフラッシュ
メモリ装置のメモリセルアレーのレイアウト図である。
図6において、参照番号51はアクティブ領域、56は
フローティングゲート、60はコントロールゲート、7
2はビットラインコンタクトをそれぞれ示す。
ビットライン(B/L)と平行に一直線で配置されるの
で、ワードライン方向に隣接するセルのソース領域が連
結されない。したがって、フォトリソグラフィーを通し
て図6の“B”領域を露出させた後、前記B領域に形成
されているフィールド酸化膜をエッチングし、露出され
た基板に不純物を注入して熱処理工程により前記不純物
を拡散させて隣接するセルのソース領域と連結される不
純物拡散領域を形成することにより、共通ソース領域を
完成する。このように形成される共通ソース領域はマス
クパターンの工程変化により変化せず、ワードラインに
セルフアラインされて形成されるので、このような工程
を通常セルフアラインソース工程(以下、“SAS工
程”)という。
ラッシュメモリ装置の製造方法を説明するための断面図
である。ここで、各図Aは図6に示したC−C’線によ
る断面図であり、各図Bは図6に示したd−d’線によ
る断面図である。
S(シリコン部分酸化)工程のようなアイソレーション
工程により半導体基板50の上部にフィールド酸化膜5
2を形成して前記基板50をアクティブ領域とフィール
ド領域に区分する。次に、前記基板50のアクティブ領
域の上部にトンネル酸化膜54を形成し、その上にフロ
ーティングゲート56用の第1ポリシリコン層56aを
蒸着する。その後、フォトリソグラフィー及びエッチン
グ工程を通じて、フィールド酸化膜52の上部の第1ポ
リシリコン層56aをエッチングすることにより、ビッ
トライン方向に各セルのフローティングゲートを分離さ
せる。前記結果物の上部に層間誘電膜58として提供さ
れるONO(oxide/nitride/oxide )膜を形成し、その
上にコントロールゲート60として提供される第2ポリ
シリコン層60a、及び酸化膜62を順次に積層させ
る。その後、前記酸化膜62の上部にワードライン形成
のためのフォトレジストパターン(図示せず)を形成し
た後、これをエッチング用マスクとして用いて、酸化膜
62、コントロールゲート60用の第2ポリシリコン6
0a、層間誘電膜58として提供されるONO膜、及び
第1ポリシリコン層56aを順次にエッチングすること
により、積層ゲートを形成する。ここで、前記酸化膜6
2は、後に続くSAS工程で露出されたフィールド酸化
膜52を取り除くとき、ワードラインとして提供される
コントロールゲート60がドライエッチング剤により損
なわれることを防止する役目を果たす。
ィーにより共通ソース領域の形成される領域を露出する
ようにフォトレジストパターン63を形成させた後、前
記フォトレジストパターン63をエッチング用マスクと
して用いて露出領域のフィールド酸化膜52をエッチン
グする。前記露出領域はワードラインとして提供される
コントロールゲート60にセルフアラインされる。その
後、前記フォトレジストパターン63をイオン注入マス
クとして用いてn+不純物64をイオン注入する。この
ようにイオン注入されたn+不純物64は、後に続く熱
処理工程により拡散されてワードライン方向に隣接する
セルのソース領域を連結させる共通ソース領域として提
供される。
トレジストパターン63を取り除いた後、セルを駆動さ
せるための周辺回路部で高電圧トランジスタ領域を露出
させるマスク(図示せず)を用いてn-不純物をイオン
注入する。この際、セルのソース領域も露出させて前記
セルのソース領域にもn-不純物をイオン注入させる。
その後、セルを駆動させるための周辺回路部にNMOS
トランジスタを形成するためにn+不純物をイオン注入
して周辺回路NMOSトランジスタのn+ソース/ドレ
イン領域(図示せず)を形成する。この際、セル領域も
露出させて前記セル領域にもn+不純物をイオン注入さ
せる。その結果、セルのソース領域はn-接合とn+接合
からなるDD構造で形成される一方、セルのドレイン領
域はn+接合のみで形成される。ここで、前記SAS工
程時に露出されたセルのソース領域にn-不純物をイオ
ン注入することにより、後に続く工程でセルのソース領
域をDD構造とするためのマスクを省略することは可能
である。しかしながら、この場合には、周辺回路部がセ
ル領域に誘導される12V程度の高電圧を発生させ、こ
れを選択的にスイッチングして必要な時間に必要なセル
のソース領域に供給できるようにするために、周辺回路
部のトランジスタを12V程度の高電圧に耐える接合構
造とすべきである。したがって、SAS工程の進行後、
周辺回路部の高電圧トランジスタ領域とセルのソース領
域をともに露出してn-不純物をイオン注入することが
通常の方法として用いられている。また、前記SAS工
程にn-不純物イオン注入のための工程の追加をしなく
てもすむようにするために、セルのソース領域をドレイ
ン領域のようにn+接合のみで形成した後、消去動作時
にソース領域に印加される電圧を5V程度に低め、ゲー
トに負電圧を印加することで、高電圧の経路を採用しな
いですむ方法を用いることもできる。
酸化膜(HTO)68及びBPSG膜70を順次に積層
した後、リフロー(REFLOW)工程を通して前記BPSG
膜70を平坦化させる。その後、フォトリソグラフィー
及びエッチング工程を通してセルのドレイン領域66b
の上部に積層されている層をウエットエッチング及びド
ライエッチング工程によって取り除いてビットラインコ
ンタクト72を形成する。次いで、これらの上部に金属
層を蒸着し、これをフォトリソグラフィー及びエッチン
グ工程でパタニングすることにより、ビットラインコン
タクト72を通してセルのドレイン領域66bに電気的
に連結されるビットライン74を形成する。
S工程を行うために前記マスク(図7の63)を追加し
なければならないという問題が発生する。また、SAS
工程により露出された領域の酸化膜62は取り除かれ、
露出されないビットラインコンタクト72と近い領域に
のみ酸化膜62が残存するが、後に続くコンタクト工程
でコンタクトプロファールを改善するためにウエットエ
ッチングを先に行うので、BPSG膜70の下部のHT
O膜68とビットライン74との距離(e)が短くな
る。さらに、前記ウエットエッチング工程時、HTO膜
68が露出されると、前記HTO膜68のウエットエッ
チング率が高くて迅速にエッチングされて、ワードライ
ンとして提供されるコントロールゲート60とビットラ
イン74との絶縁能力は低下することにより、セル動作
時にエラーが発生することもある。したがって、HTO
膜68とビットライン74との距離(e)として一定の
距離は確保されるべきなので、デザインルール上、ワー
ドラインとして提供されるコントロールゲート60の上
部に形成される酸化膜62の厚さを厚くしておかねばな
らず、セルの縮小化が制限される。
した従来の方法による問題点を解決するためにSAS工
程を用いる不揮発性メモリ装置の製造方法において、マ
スクを追加することなく、ビットラインコンタクト領域
の工程マージンを確保することのできる不揮発性メモリ
装置の製造方法を提供することにある。
の本発明は、第1導電層とワードラインとして提供され
る第2導電層との積層ゲート構造を有する複数のセルが
形成されるメモリセルアレーを備える不揮発性メモリ装
置の製造方法において、(a)半導体基板の上部にフィ
ールド酸化膜を形成して前記基板にアクティブ領域を設
定する段階と、(b)前記基板の上部にトンネル酸化
膜、第1導電層、層間誘電膜及び第2導電層を順次に形
成する段階と、(c)前記アクティブ領域の上部に前記
第1導電層と第2導電層との積層ゲートを形成する段階
と、(d)前記積層ゲートにより露出されたアクティブ
領域に第1不純物をイオン注入して第1濃度のソース/
ドレイン領域を形成する段階と、(e)前記ワードライ
ンをエッチング用マスクとして用いて、露出されたフィ
ールド酸化膜を取り除く段階と、(f)各セルのソース
領域とワードラインの一部を露出させた後、その露出さ
れたワードラインをマスクとして用いて第2不純物をイ
オン注入する段階とを備えることを特徴とする不揮発性
メモリ装置の製造方法を提供する。
(e)段階は一つのフォトマスクを用いて行われる。
層の上部に層間誘電膜を形成するまえに、前記アクティ
ブ領域間のフィールド酸化膜の一部を露出させて前記第
1導電層をエッチングすることにより、各セルの第1導
電層を分離させる段階をさらに備える。
セルのソース領域を露出させた後、その露出されたソー
ス領域に第3不純物をイオン注入して前記第1濃度より
低い第2濃度の不純物領域を形成する段階をさらに備え
る。
は、第1導電層とワードラインとして提供される第2導
電層との積層ゲート構造を有する複数のセルが形成され
るメモリセルアレーを備える不揮発性メモリ装置の製造
方法において、(a)半導体基板の上部にフィールド酸
化膜を形成して前記基板にアクティブ領域を設定する段
階と、(b)前記基板の上部にトンネル酸化膜、第1導
電層、層間誘電膜、第2導電層及び第1絶縁層を順次に
形成する段階と、(c)前記アクティブ領域の上部に前
記第1導電層と第2導電層との積層ゲートを形成する段
階と、(d)前記積層ゲートにより露出されたアクティ
ブ領域に第1不純物をイオン注入して第1濃度のソース
/ドレイン領域を形成する段階と、(e)前記ワードラ
インをエッチング用マスクとして用いて露出されたフィ
ールド酸化膜を取り除く段階と、(f)各セルのソース
領域とワードラインの一部を露出させた後、その露出さ
れたワードラインをマスクとして用いて第2不純物をイ
オン注入する段階とを備えることを特徴とする不揮発性
メモリ装置の製造方法を提供する。
段階進行中にいずれもエッチングされるか、或いは、前
記(e)段階進行後、ワードラインの全体にかけて均一
の厚さで残存する。
は、第1導電層とワードラインとして提供される第2導
電層との積層ゲート構造を有する複数のセルが形成され
るメモリセルアレーと前記セルを駆動させるための周辺
回路部とを備える不揮発性メモリ装置の製造方法におい
て、(a)半導体基板の上部にフィールド酸化膜を形成
して前記基板にアクティブ領域を設定する段階と、
(b)前記基板の上部にトンネル酸化膜、第1導電層、
層間誘電膜、第2導電層及び第1絶縁層を順次に形成す
る段階と、(c)前記周辺回路部のアクティブ領域の上
部に前記第2導電層からなる単層ゲートを形成する段階
と、(d)前記メモリセルアレーのアクティブ領域の上
部に前記第1導電層と第2導電層との積層ゲートを形成
する段階と、(e)前記積層ゲートにより露出されたメ
モリセルアレーのアクティブ領域に第1不純物をイオン
注入して第1濃度を有するセルのソース/ドレイン領域
を形成する段階と、(f)前記ワードラインをエッチン
グ用マスクとして用いて、露出されたフィールド酸化膜
を取り除く段階と、(g)メモリセルアレーで各セルの
ソース領域と周辺回路部の所定のアクティブ領域を露出
させた後、第2不純物をイオン注入する段階とを備える
ことを特徴とする不揮発性メモリ装置の製造方法を提供
する。
誘電膜の上部に第2導電層を形成するまえに、周辺回路
部の層間誘電膜及び第1導電層を取り除く段階と、周辺
回路部のアクティブ領域の上部にゲート酸化膜を形成す
る段階とをさらに備える。
の望ましい実施例を詳細に説明する。
メモリ装置においてメモリセルアレーの一部を示したレ
イアウト図である。
る多数のビットライン(B/L)、ワードライン(W/
L)及びソースライン(CSL)を含むメモリセルアレ
ーにおいて、前記ワードライン(W/L)と金属層から
なるビットライン(B/L)が直交する領域にフローテ
ィングゲート110とコントロールゲート114との積
層ゲート構造で単位セルが形成される。二つのセルは一
つのビットラインコンタクト130によりビットライン
(B/L)と連結される。
は、アクティブ領域105がビットライン(B/L)と
平行に一直線で配置されるので、ワードライン方向に隣
接するセルのソース領域を連結させるためにSAS工程
により共通ソース領域(図9の“C”により定義され
る)が形成される。前記共通ソース領域には複数のビッ
トライン(B/L)ごとに一つのソースラインコンタク
トが形成される。前記ビットライン(B/L)と平行に
形成されたソースライン(CSL)は前記ソースライン
コンタクトを通して共通ソース領域に電気的に連結され
る。
型のフラッシュメモリ装置の製造方法を説明するため
の、図9に示したf−f’線における断面図である。
6を形成する段階を示す。p型の半導体基板100の表
面にフォトリソグラフィー及びイオン注入工程を用いて
n型の不純物を注入した後、高温の熱処理を行ない、前
記n型の不純物を所望の深さまで拡散させることによっ
て、n型のウェル101を形成する。次に、フォトリソ
グラフィー及びイオン注入工程を用いて前記n型のウェ
ル101を除いた基板の表面及び前記n型のウェル10
1内のメモリセルアレー領域にp型の不純物を注入した
後、これを高温熱処理により拡散させることにより、p
型のウェル102,104を形成する。なお、通常、周
辺回路部のNMOSトランジスタの形成されるウェルを
p型のウェル104と称し、前記n型のウェル101内
のメモリセルアレー領域に形成されるウェルをポケット
p型のウェル102と称する。
のアイソレーション工程、例えばLOCOS工程やバッ
ファ−ポリシリコンLOCOS(PBL)工程を施して
前記基板100の上部に4000Å程度の厚さをもつフ
ィールド酸化膜106を形成して基板100をアクティ
ブ領域とフィールド領域に区分する。その後、前記アク
ティブ領域とフィールド領域の境界部の不要な膜を取り
除くために犠牲酸化膜を形成した後、ウエットエッチン
グ工程でその犠牲酸化膜をいずれも取り除く。
化膜又は酸化窒化膜を100Åの厚さで成長させること
により、トンネル酸化膜108を形成する。この際、セ
ルのスレショルド電圧を調節するため、前記フィールド
酸化膜106を形成した後、フォトリソグラフィーでセ
ル領域を限定し、p型の不純物、例えばボロンやBF 2
を1.5〜2.5×1013イオン/cm2のドーズ量、
50keV程度のエネルギーでイオン注入する段階をさ
らに設けることができる。
て用いられる第1導電層110a、及び層間誘電膜11
2を形成する段階を示す。上述したように、トンネル酸
化膜108を形成した後、その結果物の上部にフローテ
ィングゲート110に用いられる第1導電層110aと
して、例えばポリシリコン層を化学気相蒸着(CVD)
方法により1000Å程度の厚さで蒸着し、リン(P)
を多量含有するPOCl3を沈積して前記第1導電層1
10aをn+型としてドーピングさせる。その後、フォ
トリソグラフィー及びエッチング工程を通して、セル領
域のフィールド酸化膜106の上部の第1導電層110
aをドライエッチングにより取り除くことによって、ビ
ットラインに応じて隣接するセルのフローティングゲー
トを分離させる。すなわち、前記フローティングゲート
110用の第1導電層110aは、図9に示したよう
に、セルのアクティブ領域とフィールド領域の一部を覆
い、前記フィールド酸化膜106の一部領域から分離さ
れてビットライン方向に伸びるパターンで形成される。
上述したように、第1導電層110aをエッチングする
とき、周辺回路部の当該第1導電層はフォトレジストパ
ターン(図示せず)でマスキングして残存させるか、或
いはいずれも取り除く。
とコントロールゲートを絶縁させるための層間誘電膜1
12として、例えばONO膜を形成する。すなわち、前
記第1導電層110を酸化させて、厚さ約100Åの第
1酸化膜を成長させた後、その上に厚さ約130Åの窒
化膜を蒸着し、その窒化膜を酸化させて厚さ約40Åの
第2酸化膜を成長させることにより、130〜200Å
程度の酸化膜をもつ、層間誘電膜112としてのONO
膜を形成する。
び前記フローティングゲート110に用いられる第1導
電層110aを取り除く段階を示す。上述したように、
層間誘電膜112を形成した後、フォトリソグラフィー
により周辺回路部のみを露出するようにフォトレジスト
パターン111を形成する。次に、露出された周辺回路
部の層間誘電膜112及び第1導電層110aをドライ
エッチング工程で順次に取り除く。残存する絶縁膜、す
なわちトンネル酸化膜108は基板100の損傷を考慮
してウエットエッチング工程で取り除く。この際、周辺
回路部のフローティンングゲート110を提供するため
の第1導電層110aを図11の段階で取り除いた場合
は、前記層間誘電膜112の除去時にその下部の絶縁
膜、すなわちトンネル酸化膜108も取り除く。
ルゲート114に用いられる第2導電層114a及び第
1絶縁層116を形成する段階を示す。上述したように
周辺回路部の層間誘電膜112、第1導電層110a、
及びトンネル酸化膜108を取り除いた後、熱酸化工程
により露出された周辺回路部のアクティブ領域に酸化膜
を成長させる。その結果、周辺回路トランジスタの形成
されるアクティブ領域にゲート酸化膜113が形成され
る。ここで、前記ゲート酸化膜113の厚さは周辺回路
トランジスタの駆動能力を基準にして決定される。すな
わち、動作電圧が5V以下の場合は100〜160Å程
度の厚さでゲート酸化膜113を形成し、動作電圧が1
0V以上の場合は200〜400Å程度の厚さでゲート
酸化膜113を形成する。
トロールゲート114に用いられる第2導電層114a
として、例えばn+型としてドーピングされたポリシリ
コン層とタングステンシリサイド(WSix)、チタン
シリサイド(TiSix)、タンタルシリサイド(Ta
Six)のような金属シリサイド層を順次に積層してポ
リサイド層を形成する。望ましくは、前記ポリシリコン
層と金属シリサイド層はCVD方法によりそれぞれ10
00Å及び1500Åの厚さで形成する。前記第2導電
層114aの上部には酸化膜、窒化膜又はその複合膜や
ポリシリコンと酸化膜又は窒化膜の複合膜を3000〜
5000Å程度の厚さで蒸着して第1絶縁層116を形
成する。前記第1絶縁層116は後に続くSASエッチ
ング工程でワードラインを保護する役割を果たす。
成する段階を示す。上述したように、第1絶縁層116
を形成した後、フォトリソグラフィーによりメモリセル
アレーのワードラインパターン及び周辺回路部のゲート
パターンを形成するためのフォトレジストパターン11
9を形成する。その後、前記フォトレジストパターン1
19をエッチング用マスクとして用いて、露出された第
1絶縁層116、及び、第2導電層114aをエッチン
グする。この際、前記フォトレジストパターン119が
厚くて、パターンが込み入っている領域にエッチングガ
スが均一に供給されないという問題点を解決するため、
露出された第1絶縁層116をエッチングした後、前記
フォトレジストパターン119を取り除き、前記フォト
レジストパターン119より、厚さが薄い第1絶縁層1
16をエッチング用マスクとして用いて,露出された第
2導電層114aをエッチングすることもできる。本工
程の結果として周辺回路部には第2導電層からなる単層
ゲート114bが形成される。 図15はメモリセルア
レーの積層ゲートを形成する段階を示す。上述したよう
に、周辺回路部の単層ゲート114bを形成した後、フ
ォトリソグラフィーにより周辺回路部をマスキングする
ようにフォトレジストパターン120を形成する。次い
で、メモリセルアレー内の露出された第1絶縁層116
をエッチング用マスクとして用いて第2導電層114
a、層間誘電膜112、及び、第1導電層110aを連
続的に取り除くことにより、フローティングゲート11
0とコントロールゲート114との積層ゲートを形成す
る。この際、前記コントロールゲート114は隣接する
セルのコントロールゲート114と連結されてワードラ
インを形成する。
ン注入マスクとして用いて、露出されたセル領域に第1
のn+不純物122、例えば砒素を6×1015イオン/
cm2のドーズ量、70keVのエネルギーでイオン注
入する。この際、パタニングされたワードラインとして
提供されているコントロールゲート114とフィールド
酸化膜106がマスクとして作用するので、前記第1の
n+不純物122はセルのソース/ドレイン領域のみに
注入される。引き続き、前記フォトレジストパターン1
20をエッチング用マスクとして用いてメモリセルアレ
ー内の露出されたフィールド酸化膜106をいずれも取
り除く。この際、ワードラインとして提供されるコント
ロールゲート114の上部の第1絶縁層116はいずれ
も取り除かれるか、或いはワードラインとして提供され
るコントロールゲート114の全体にかけて均一な厚さ
で残存する。前記工程によりメモリセルアレー内のワー
ドラインとして提供されるコントロールゲート114が
形成されない領域のフィールド酸化膜106はいずれも
取り除かれるが、セルのドレイン領域にはフィールドト
ランジスタが形成されない。これにより、プログラム動
作時に印加される5V程度の電圧のみについて隣接する
セルとのアイソレーション条件を満たせばよい。このよ
うなアイソレーション特性はセルのn+拡散層距離と関
連付けられるので、フィールド酸化膜106の有無を問
わず、十分な絶縁能力を確保することができる。
注入する段階を示す。上述したように、SASエッチン
グ工程後、前記フォトレジストパターン120を取り除
く。次いで、フォトリソグラフィーにより周辺回路部の
NMOSトランジスタ領域を露出させるフォトレジスト
パターン123を形成した後、前記フォトレジストパタ
ーン123をイオン注入マスクとして用いて第2のn+
不純物124、例えば砒素を6×1015イオン/cm2
のドーズ量、70keVのエネルギーでイオン注入す
る。この際、前記フォトレジストパターン123はSA
S工程により露出されたセルのアクティブソース領域の
うち、隣接するセルと連結される領域を露出させるよう
に形成する。これにより、露出されたアクティブソース
領域に第2のn+不純物124がイオン注入される。
高電圧に耐えるDD構造で形成するために、前記第2の
n+不純物124をイオン注入する段階前又はその後に
周辺回路部の高電圧トランジスタ領域及びセルのソース
領域をともに露出させてn-不純物、例えばリンを2×
1013イオン/cm2のドーズ量、50keVのエネル
ギーでイオン注入する段階をさらに備える。また、前記
n-不純物を注入するためのマスク及びイオン注入工程
の追加を防止するために、セルのソース領域をドレイン
領域とともにn+接合のみで形成した後、消去動作時に
ソース領域に印加される電圧を5V程度に低め、ゲート
には負電圧を印加することで、高電圧の経路を採用しな
いこともできる。
タ領域(図示せず)をフォトリソグラフィー技術で露出
させた後、P型の不純物、例えばBF2を5×1015イ
オン/cm2のドーズ量、60keVのエネルギーでイ
オン注入する。かつ、周辺回路部のNMOSトランジス
タをLDD(lightly doped drain)構造で形成するた
めにLDD用のn-不純物をマスクなしに全面にイオン
注入する場合、SAS工程前にLDD用のn-不純物を
イオン注入して前記SAS工程により露出されるアクテ
ィブ領域のアイソレーション能力を低下させないように
すべきである。
びビットライン132を形成する段階を示す。上述した
ように、第2のn+不純物124をイオン注入した後、
その結果物の上部に高温酸化膜(HTO)を約1000
Åの厚さで蒸着して第2絶縁層126を形成した後、そ
の上にBPSG膜を約5000Åの厚さで蒸着し、90
0℃でリフロー工程を行い前記BPSG膜の表面を平坦
化することにより、平坦化層128を形成する。前記リ
フロー工程によって、以前の段階でイオン注入された第
1及び第2のn+不純物が拡散及び活性化してセルのソ
ース/ドレイン領域122a、周辺回路NMOSトラン
ジスタのソース/ドレイン領域124a及びワードライ
ン方向に隣接するセルのソース領域を連結させるn+共
通ソース領域(図示せず)が形成される。
を通じて、セルのドレイン領域122aの上部に積層さ
れている平坦化層128及び第2絶縁層126をウエッ
トエッチング及びドライエッチング工程により取り除い
てビットラインコンタクト130を形成する。この際、
図示してはいないが、16〜32ビットごとに一つずつ
前記共通ソース領域の上部に積層されている平坦化層1
28及び第2絶縁層126もエッチングされてソースラ
インコンタクトが形成される。ここで、前記コンタクト
の形成時にウエットエッチングを使用することはコンタ
クトの縦横比を減少させてコンタクトプロファールを改
善するためである。
物の上部に金属層、例えばシリサイド層やポリサイド層
又はアルミニウムメタル層を蒸着し、これをフォトリソ
グラフィー及びエッチング工程によりパタニングするこ
とにより、ビットラインコンタクト130を通してセル
のドレイン領域122aに電気的に連結されるビットラ
イン132を形成する。この際、ソースラインコンタク
トを通してセルの共通ソース領域に電気的に連結される
ソースライン(図示せず)がともに形成される。 その
後、多層配線を要する場合には、金属コンタクト及び金
属層の形成工程を追加した後、その結果物の上部に保護
層(図示せず)を形成してNOR型のフラッシュメモリ
装置を完成する。
AS工程の差異を図面を参照して詳細に説明する。
の不揮発性メモリ装置においてSAS工程が進む前およ
び当該工程が進んだ後の構造を示した断面図であり、図
19A及び図19Bは図9に示した本発明の不揮発性メ
モリ装置においてSAS工程が進む前および当該工程が
進んだ後の構造を示した断面図である。
来のSAS工程によれば、第2ポリシリコン層60aと
酸化膜62をワードラインパターンでパタニングした
後、SAS工程のためのフォトレジストパターン63を
形成し、前記フォトレジストパターン63をエッチング
用マスクとして用いて露出されたフィールド酸化膜52
をエッチングする。この際、SAS工程により露出され
た領域の酸化膜62はいずれも取り除かれるが、露出さ
れないビットラインコンタクト領域では酸化膜62が残
存する。
に、本発明のSAS工程によれば、第2導電層114a
と第1導電層110aをエッチングしてメモリセルアレ
ーのワードラインパターン及び周辺回路部のゲートパタ
ーンを形成した後、フォトリソグラフィーにより周辺回
路部をマスキングするようにフォトレジストパターン
(図示せず)を形成する。次いで、前記フォトレジスト
パターンを用いてメモリセルアレーの層間誘電膜及び第
1導電層(図示せず)をエッチングして積層ゲートを形
成した後、前記フォトレジストパターンを用いてメモリ
セルアレー内の露出されたフィールド酸化膜106をエ
ッチングする。このような工程により共通ソース領域の
形成される領域のみならず、ビットラインコンタクトに
隣接する領域も露出される。したがって、前記第1絶縁
層116は露出されたフィールド酸化膜106のエッチ
ング時にともにエッチングされるか、或いはワードライ
ンとして提供されたコントロールゲート114の全体に
かけて均一な厚さで残存する。これにより、ビットライ
ンコンタクト領域における工程マージン(e)、すなわ
ちビットライン132と第2絶縁層126との距離
(e)を十分に確保することができる。
メモリ装置の製造方法によれば、メモリセルアレーの積
層ゲートを形成するためのマスクを用いてSASエッチ
ング工程を行うので、別途のSAS工程用のマスクが不
要である。また、ワードラインの上部に形成される第1
絶縁層がSASエッチング工程後にいずれも取り除かれ
るか、或いはワードラインの全体にかけて均一な厚さで
残存するので、ビットラインコンタクト領域における工
程マージンを十分に確保することができる。
説明したが、本発明はこれらに限るものでなく、各種の
変形が当該技術分野における通常の知識を持つ者により
可能なのは明らかである。
装置において、メモリセルアレーの一部を示したレイア
ウト図。
構造を示した断面図。
ス領域とワードラインとの間にミスアラインが発生する
場合を示したレイアウト図。
2−A2’線による断面図。
モリ装置において、メモリセルアレーの一部を示したレ
イアウト図。
を説明するための断面図。
を説明するための断面図。
において、メモリセルアレーの一部を示したレイアウト
図。
R型のフラッシュメモリ装置の製造方法を説明するため
の断面図。
R型のフラッシュメモリ装置の製造方法を説明するため
の断面図。
R型のフラッシュメモリ装置の製造方法を説明するため
の断面図。
R型のフラッシュメモリ装置の製造方法を説明するため
の断面図。
R型のフラッシュメモリ装置の製造方法を説明するため
の断面図。
R型のフラッシュメモリ装置の製造方法を説明するため
の断面図。
R型のフラッシュメモリ装置の製造方法を説明するため
の断面図。
R型のフラッシュメモリ装置の製造方法を説明するため
の断面図。
発性メモリ装置において、SAS工程進行前、後の構造
を示した断面図。
揮発性メモリ装置において、SAS工程進行前、後の構
造を示した断面図。
領域 126…第2絶縁層 128…BPSGの平坦化層 130…ビットラインコンタクト 132…ビットライン
Claims (16)
- 【請求項1】 第1導電層とワードラインとして提供さ
れる第2導電層との積層ゲート構造を有する複数のセル
が形成されるメモリセルアレーを備える不揮発性メモリ
装置の製造方法において、 (a)半導体基板の上部にフィールド酸化膜を形成して
前記基板にアクティブ領域を設定する段階と、 (b)前記基板の上部にトンネル酸化膜、第1導電層、
層間誘電膜及び第2導電層を順次に形成する段階と、 (c)前記アクティブ領域の上部に前記第1導電層と第
2導電層との積層ゲートを形成する段階と、 (d)前記積層ゲートにより露出されたアクティブ領域
に第1不純物をイオン注入して第1濃度のソース/ドレ
イン領域を形成する段階と、 (e)前記ワードラインをエッチング用マスクとして用
いて、露出されたフィールド酸化膜を取り除く段階と、 (f)各セルのソース領域とワードラインの一部を露出
させた後、その露出されたワードラインをマスクとして
用いて第2不純物をイオン注入する段階とを備えること
を特徴とする不揮発性メモリ装置の製造方法。 - 【請求項2】 前記(c)、(d)及び(e)段階は一
つのフォトマスクを用いて行われることを特徴とする請
求項1に記載の不揮発性メモリ装置の製造方法。 - 【請求項3】 前記(b)段階は、第1導電層の上部に
層間誘電膜を形成するまえに、前記アクティブ領域間の
フィールド酸化膜の一部を露出させて前記第1導電層を
エッチングすることにより、各セルの第1導電層を分離
させる段階をさらに備えることを特徴とする請求項1に
記載の不揮発性メモリ装置の製造方法。 - 【請求項4】 前記(f)段階前又は後に、セルのソー
ス領域を露出させた後、その露出されたソース領域に第
3不純物をイオン注入して前記第1濃度より低い第2濃
度の不純物領域を形成する段階をさらに備えることを特
徴とする請求項1に記載の不揮発性メモリ装置の製造方
法。 - 【請求項5】 第1導電層とワードラインとして提供さ
れる第2導電層との積層ゲート構造を有する複数のセル
が形成されるメモリセルアレーを備える不揮発性メモリ
装置の製造方法において、 (a)半導体基板の上部にフィールド酸化膜を形成して
前記基板にアクティブ領域を設定する段階と、 (b)前記基板の上部にトンネル酸化膜、第1導電層、
層間誘電膜、第2導電層及び第1絶縁層を順次に形成す
る段階と、 (c)前記アクティブ領域の上部に前記第1導電層と第
2導電層との積層ゲートを形成する段階と、 (d)前記積層ゲートにより露出されたアクティブ領域
に第1不純物をイオン注入して第1濃度のソース/ドレ
イン領域を形成する段階と、 (e)前記ワードラインをエッチング用マスクとして用
いて露出されたフィールド酸化膜を取り除く段階と、 (f)各セルのソース領域とワードラインの一部を露出
させた後、その露出されたワードラインをマスクとして
用いて第2不純物をイオン注入する段階とを備えること
を特徴とする不揮発性メモリ装置の製造方法。 - 【請求項6】 前記(c)、(d)及び(e)段階は一
つのフォトマスクを用いて行われることを特徴とする請
求項5に記載の不揮発性メモリ装置の製造方法。 - 【請求項7】 前記第1絶縁層は前記(e)段階進行中
にいずれもエッチングされることを特徴とする請求項5
に記載の不揮発性メモリ装置の製造方法。 - 【請求項8】 前記第1絶縁層は前記(e)段階進行
後、ワードラインの全体にかけて均一の厚さで残存する
ことを特徴とする請求項5に記載の不揮発性メモリ装置
の製造方法。 - 【請求項9】 第1導電層とワードラインとして提供さ
れる第2導電層との積層ゲート構造を有する複数のセル
が形成されるメモリセルアレーと前記セルを駆動させる
ための周辺回路部とを備える不揮発性メモリ装置の製造
方法において、 (a)半導体基板の上部にフィールド酸化膜を形成して
前記基板にアクティブ領域を設定する段階と、 (b)前記基板の上部にトンネル酸化膜、第1導電層、
層間誘電膜、第2導電層及び第1絶縁層を順次に形成す
る段階と、 (c)前記周辺回路部のアクティブ領域の上部に前記第
2導電層からなる単層ゲートを形成する段階と、 (d)前記メモリセルアレーのアクティブ領域の上部に
前記第1導電層と第2導電層との積層ゲートを形成する
段階と、 (e)前記積層ゲートにより露出されたメモリセルアレ
ーのアクティブ領域に第1不純物をイオン注入して第1
濃度を有するセルのソース/ドレイン領域を形成する段
階と、 (f)前記ワードラインをエッチング用マスクとして用
いて露出されたフィールド酸化膜を取り除く段階と、 (g)メモリセルアレーで各セルのソース領域と周辺回
路部の所定のアクティブ領域を露出させた後、第2不純
物をイオン注入する段階とを備えることを特徴とする不
揮発性メモリ装置の製造方法。 - 【請求項10】 前記(d)、(e)及び(f)段階は
一つのフォトマスクを用いて行われることを特徴とする
請求項9に記載の不揮発性メモリ装置の製造方法。 - 【請求項11】 前記(b)段階は、第1導電層の上部
に層間誘電膜を形成するまえに、前記メモリセルアレー
のアクティブ領域間のフィールド酸化膜の一部を露出さ
せて前記第1導電層をエッチングすることにより、各セ
ルの第1導電層を分離させる段階をさらに備えることを
特徴とする請求項9に記載の不揮発性メモリ装置の製造
方法。 - 【請求項12】 前記(b)段階は、前記層間誘電膜の
上部に第2導電層を形成するまえに、周辺回路部の層間
誘電膜及び第1導電層を取り除く段階と、周辺回路部の
アクティブ領域の上部にゲート酸化膜を形成する段階と
をさらに備えることを特徴とする請求項9に記載の不揮
発性メモリ装置の製造方法。 - 【請求項13】 前記第1絶縁層は前記(f)段階進行
中にいずれもエッチングされることを特徴とする請求項
9に記載の不揮発性メモリ装置の製造方法。 - 【請求項14】 前記第1絶縁層は前記(f)段階進行
後、ワードラインの全体にかけて均一の厚さで残存する
ことを特徴とする請求項9に記載の不揮発性メモリ装置
の製造方法。 - 【請求項15】 前記(g)段階前又は後に、前記セル
のソース領域を露出させた後、その露出されたソース領
域に第3不純物をイオン注入して前記第1濃度より低い
第2濃度の不純物領域を形成する段階をさらに備えるこ
とを特徴とする請求項9に記載の不揮発性メモリ装置の
製造方法。 - 【請求項16】 前記セルのソース領域を露出させると
き、前記周辺回路部で高電圧素子の形成される領域をと
もに露出させることを特徴とする請求項15に記載の不
揮発性メモリ装置の製造方法。
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