JPS6151880A - 分割ゲートトランジスタの製造方法 - Google Patents

分割ゲートトランジスタの製造方法

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JPS6151880A
JPS6151880A JP60100632A JP10063285A JPS6151880A JP S6151880 A JPS6151880 A JP S6151880A JP 60100632 A JP60100632 A JP 60100632A JP 10063285 A JP10063285 A JP 10063285A JP S6151880 A JPS6151880 A JP S6151880A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は不揮発性EFROMに関するものであって、更
に詳細には、各セルの書込及び読取を制御する為の分割
ゲート(即ち、浮遊ゲートと制御ゲートの両方)を具備
しており、その浮遊ゲートがドレイン及び浮遊ゲートの
下側のチャンネルと自己整合しており且つ制御ゲートは
自己整合していない様なEPIIOMに関するものであ
る。
効率を向上させた分割グー1〜型不揮発性EFROMは
1980年4月7日に出願した発明者ハラリの発明に関
して1982年5月4日に発行された米国特許第4.3
28,565号に開示されている。ハラリの特許に開示
するところによれば、nチャンネルEFROMセル内の
浮遊ゲートはドレイン上及びチャンネルの一部上に延在
しその際にドレインと浮遊ゲートとの間に「ドレイン」
容量を形成すると共にチャンネルと浮遊ゲートとの間に
「チャンネル」容量を形成する1次いで、制御ゲー1−
が浮遊ゲートとオーバラップし且つソース拡散近傍のチ
ャンネルの残部上に延在しその際に浮遊ゲートと制御ゲ
ートとの間に「制御」容量を形成する。これらの3つの
容量は、各セルを駆動する為の結合を形成する。制御ゲ
ート直下のチャンネル内の反転領域は制御ゲートへ印加
される”i!!’込又は読取アクセス」電圧によって直
接確立される。浮遊ゲート直下のチャンネル内の反転領
域は、制御ゲート電圧及びドレインへ印加される別の書
込アクセス電圧によってドレイン容量と制御容量及びチ
ャンネル容量を介して間接的に確立される。セルは、紫
外線照射か又は薄層化した酸化1漠の領域を介して浮遊
ゲートからトンネル動作される電子によって消去される
。ソース及びドレインに関して制御ゲートと浮遊ゲート
とを非対照的に配設することにより非常に高密度のアレ
イを実現することが可能である。その他の分割ゲート構
成は、[1arnes等著の「Nチャンネル長E P 
ROMセルの動作及び特性」という名称の文献、ソリッ
ドステートエレクトロニクス、Vo、L、 21.52
1−529頁(1978) 、及びGuterman等
著の「浮遊ゲート構成を使用した電気的に変化させるこ
との可能な不揮発性メモリセル」という名称の文献、I
EEEジャーナル・オン・ソリッドステートサーキッソ
、Vol、 5C−14、No、 2.1979年4月
、に開示されている。
第1図は従来技術の典型的なIEPRPMを示している
。第1図において、メモリセルはn++ソース領域11
a及びチャンネル領域16によって離隔されているn+
+ドレイン領域11bとを有している。
チャンネル領域16は、図示した如く、実効長さL e
ffを有している。チャンネル領域16上にゲート絶a
層12が設けられており、その上に浮遊ゲー1−13が
形成されている。典型的に、浮遊ゲート13はポリシリ
コン(多結晶シリコン)から形成されている。浮遊ゲー
ト13上には絶8層14が設けられており、それは典型
的に熱成長された二酸化シリコンである。制御ゲー1−
15が浮遊ゲート13上の絶縁層14上に形成されてい
る。
第1図におけるトランジスタの状態は浮遊ゲート13に
与えられる電荷によって決定される。電子がlY遊ゲー
ト13」二に与えら才しると、トランジスタをターンオ
ンさせる(即ち、ソースllaとドレイン]11)との
間にnチャンネルを形成して一方から他ツノへ電流が流
れることを可能とする)のにグー1−15上で必要とさ
れるスレッシュホールド電圧V1.xは、浮遊ゲート1
3−ヒに電子が与えれていない場合よりも著しく大きい
。第1図に示した如く、浮遊ゲート13の領域L3a及
び13bは、夫々、小量「Δ」だけソース11及びドレ
インIlbに重畳する。従って、ソースllaと浮遊ゲ
ート領域13aとの間及びドレインllbと浮遊グー1
〜領域13bとの間に容量が形成される。
ソース1.1 aとドレインllbのゲート13による
オーバーラツプが量「Δ」であると、浮遊ゲート13と
制御ゲート15(両方共ポリシリコンで形成)との間の
容icρpは次式で与えられる。
Cpp ocApp ocW(Leff + ’lΔF
G、D)   m上式(1)において、Cppは浮遊ゲ
ート13とその上方の制御ゲート15との間の容量(こ
の容量はAPIIに比例)であり、且つAPRは浮遊ゲ
ート13の断mTであって浮遊ゲート13の幅W(図面
に垂直)と浮遊ゲーl−13の長さである(Leff 
+ 2ΔFG、D)との積である。
浮遊ゲート13と基板10との間の容量CPROMは浮
遊ゲー1−13の実効幅Weff (即ち、浮遊ゲート
13下側の活性面積の紙面に垂直な幅)とLeffとの
積に比例する。従って、容量CPROMは以下の如くな
る。
CPROM cc A PROM cCWeff (L
 eff)     (2)浮遊ゲート13のドレイン
llbに体する容量結合C,FG、Dは以下の如く与え
られる。
CFG、D OCAFG、D (” Weff(ΔFG
、D)    (3)ドレインllbに対する浮遊ゲー
ト13の容量結合CFG、Dの制御ゲート15に対する
浮遊ゲート13の容量結合Cρρ及び基板10に対する
浮遊ゲート13の容量結合CPROMに対する容量結合
比CRFG、Dは以下の如く与えられる。
CRFG、D 0C Weff(ΔFG、D)/[Wcff(L’eff)+
(Leff+2ΔFG、D)]Laffが段々小さくな
ると、円+ONセルの性能に与えるドレイン結合の影響
は限界に到達する追設々と大きくなり、Leffが非常
に小さくなると、この結合は0.3に近づく(例えば、
異なった酸化層厚さ及びWとW e f fとの間の差
異を考慮にいれ  。
て)。オーバーラツプ「Δ」は処理プロセスに依存して
おり、旧つ実質的に固定されている。
第2図は、1982年5月・1「Iに発行されたハラリ
の米国特許第4,328,565号に1!(示されてい
る様な従来の分割ゲート型構成を示している。この構成
における主要な関心事は、 7’l−遊ゲート23下側
のヂ(・ンネル26の部分26bの長さに関するもので
ある。第2図の構成は非自己整合型分割ゲh 4i1?
成である。全実効チャンネル長26は1つのマスクによ
って画定され、従ってそれは一定である。然し乍ら、浮
遊ゲート2:3下側のチャンネル2Gの部分26bの長
さはマスク整合公差と共に変化する。従って、実効チャ
ンネル長さ26bは整合プロセスに強く依存する。その
結果、現在得ら4しる最良の技術でも±0.5乃至±0
.6ミクロンよりも良い実効チャンネル長26bを形成
することは出来ない。典型的な公称1ミクロンの実効チ
ャンネル長26bの場合、実際のチャンネル長さは、製
造公差に起因して、約1±0.6ミクロンの範囲に渡っ
て変化する。その結果、各トランジスタメモリセルの性
能が広範に変動することとなる。
訃込及び読取電流は両方共極めてチャンネル長さに敏感
である。良好なセルの場合には問題ないが、劣悪なセル
は動作しなくなる。良好なデバイスは実効チャンネル2
6b (1実施例においては、0゜8ミクロン)を有し
ており、それは短すぎるチャンネル長さく例えば、0.
2ミクロン以下であって、製造上の変動を考慮すると、
チャンネル26上に浮遊ゲート23のオーハーラソプは
全く存在せず、従ってセルの書込は行なわれない)と、
許容出来ない程遅い書込を行なう長すぎるチャンネル長
さく例えば、1.4ミクロン以上)との間の長さである
。従って、この従来の構成における主要な点は結合より
も寧ろチャンネル部分26bの長さくLeff)である
。従って、第2図に示した如き構成においては、ドレイ
ン21bと77遁ゲート23との間に結合か(j在し1
:)るが、チャンネル長さ26bを注意深く制御しない
と、メモリセルは予定通り動作することはない。
第1図の従来のUPROMにおけるjE要な問題は。
書込スレシュボールド電圧Vtxとデバイスのドレイン
ターンオン電圧VDTOとの間の関係に関するものであ
る。V DTOはドレイン上の電圧であって、それは、
7’7 iuゲート13へ容11L結合されると、トラ
ンジスタをターンオンさせる。第4図に示した如く、第
1図に示した如きLeffが約0.5から1.2ミクロ
ンへ増加すると、書込スレッシュホールドVtxは許容
可能な書込スレッシュホールド以下に降下する。一方、
ドレインターンオン電圧VDTOは、Leffが約1ミ
クロンよりも大きい場合に、接合ブレークダウン電圧と
同じ高さになる。1ミクロン以上のW合、V DTOは
非常に低く、3乃至5ポル1・丁一度に低くなることが
あり、その場合[EPROト1アレイは動作しなくなる
。交差点を第4図にrAJとして示してある。通常の[
413ROMを設計する場合、交差点Aは、Vtxが十
分に島<(即ち、5ボルト以上)一方VDTOが低過ぎ
ない(即ち。
8ボルトよりも低くない)様なものとすべきである。然
し乍ら、V DTOとVtxの両曲線とも交差点Aにお
いて極めて急峻であり、従ってデバイスの特性はL c
ffに非常に敏感である。従って、L effの公差が
±0.3ミクロン程度であってかなり良い場合でも、デ
バイスの特性は依然として比較的予測不可能である。明
らかに、所望の解決はVDTOの影響を除去し且つVt
xに対してLaffを最適化することである。
本発明は、以上の点に鑑みなされたものであって、制御
ゲートと浮遊ゲートとの両方を具儂しており浮遊ゲート
がドレイン領域に自己整合されている分割(スプリット
)グー1〜描造を使用したメモリセルを提供することに
よって従来技術の欠点を解消することを目的とする。こ
の場合、制御ゲートは自己13合されていない。尚、本
明細書において「自己整合」という用語は、如何なる製
造上の不整合にも拘らず、浮遊ゲート下側の1−ランジ
スタチャンネル長さの部分は浮遊グー1〜自身によって
画定され、その際に浮遊ゲート下側のチャンネル長さを
一定に確保することを意味している。
この為に、特別のプロセスを使用しており、即ち浮遊ゲ
ー1−を使用してドレイン領域の1端を画定している。
ソース領域もドレイン領域と同時に画定されるが、浮遊
ゲートと相対的なソース領域の整合は、ソース領域が下
側に存在することが無く且つ浮遊ゲートから離隔されて
いる限り、臨界的ではない。
本発明にJl(づくプロセス、即ち製造方法においては
、ドレイン領域の1端を画定する為に浮遊ゲートを使用
して、拡散させたドレイン領域(それは、又、ビット線
としても機能し、且つ止揚の米国′565特許に示され
ているタイプの長尺ドレイン領域に対応している)を形
成する。好適実施形態におい−Cは、ドレイン領域及び
ソース領域はイオン注入によって形成し、且つ7′7遊
ゲートの1端はドレイン領域の1側部の横方向限界を画
定する。
ホトレジスト物質が1方向へ浮遊ゲート上を部分的に延
在しており、且つ他方の方向へは浮遊ゲー!−を越えて
延在している。又、ソース領域は、この他方の方向へ浮
遊ゲートを越°えて延在するホトレジスト部分内の開口
によって画定される。その結果、浮遊ゲートの下側には
チャンネル領域の正確に画定されたチャンネル部分Le
ffが形成され、且つ浮遊ゲートの他端とソース領域と
の間のホトレジストの下側には(ワード線の一部である
後に形成されるべき制御ゲート電極によって制御される
へき)チャンネル領域の残部の比較的不正確に画定され
た部分が形成される。
本発明によれば、浮遊ゲートとソース領域との間の如何
なる不整合も後に形成されるべき制御ゲートによって被
覆され、且つ浮遊ゲートはドレイン領域に自己整合され
る一部メモリセルの動作には殆ど影響が及ぶことはない
以下、添付の図面を参考に、本発明の具体的実施の態様
に付いて詳細に説明する。
尚、以下の詳細な説明は単に例示的なものであって何等
限定的な意図をもってなされるものではない。以1;の
説明から1本発明のその他の実施例が当業者等にとって
自明であることは明らかである。第5d図及び第5b図
に才?いて、単一のメモリセル乃至はその一部の断面の
みを示してあり、一方第318Jにおいては、2つのセ
ルの3番目のセルの一部を断面で示してある。注二意す
べきことであるが1本発明に基づく半導体集積回路メモ
リは、複数個のこの様なセルとメモリ内にデータを書き
込んだりメモリ内に記録されているデータにアクセスし
たりする為の周辺回路とを使用している。
簡単化の為に、これらの周辺回路は図示していない。
本発明の新規な自己整合型分割ゲート構成を形成する本
発明方法の開始点は、従来技術、特に止揚の米国特許′
565号の非整合型分割ゲート構成におけるものと同じ
である。従って、第5a図に示した!J11<、典型的
に10−50Ω・Cl11の固有抵抗を持ったポリシリ
コン基板50の上に標準的な方法でゲート酸化M51を
形成する。ゲート酸化層51は、典型的に、300人の
厚さを有しておす、次いで、その上にポリシリコンの第
1層(屡々、「ポリ1」と呼称される)を形成し、該第
1層を第5a図に示した如くパターン形成して浮遊ゲー
ト52を形成する。次いで、浮遊ゲート52を形成する
為に除去したポリシリコンの部分の下側の酸化層51を
エツチング工程(典型的には、プラズマエッチ)によっ
て除去し、次いで本構成体の上表面上にホトレジスト層
53を形成する。
第5b図に示した如く、次いで、ホトレジスト層53を
パターン形成し、従ってホトレジストの特定のセグメン
ト53−1が浮遊ケート52を部分的に被覆して形成さ
れる。ホトレジスト53−1の右側端53aは浮遊ゲー
ト52の略中央に位置して形成されており、その左側端
53bは浮遊ゲート52の左側端52bの左側に位置し
て形成されている。浮遊ゲート52の幅は、典型的に。
1.5乃至2ミクロンであって、従って与えられた製造
過程中の典型的な公差の下で、製造過程中において通常
予定される最悪のマスク不整合の場゛合であっても端5
3aが浮遊ゲート52の右側端52aの左側に位置する
様に充分な確立をもって行なわせることは困難なことで
はない。又、製造中のマスクの最悪の不整合の場合に才
iいても、左側端53bが゛)l光ゲート52の左側端
52bの充分左側に位11′″jしており、従って浮遊
ゲート52の左側端52bが露出されることがないこと
を確保することも園めて簡単である。従って、後に形成
されるべきソース54aは、常に、浮遊ゲート52の左
側端52bから横方向へ離隔されることとなる。
パターン形成されたホトレジスl−53−1を形成した
後に、本構成体を選択した公知のドーズ塁(典型的には
、4 X 10”/ant)でイオン注入を行ない、単
心体物質50の上表面内にn++ドレイン領域54 b
とn++ソース領域5/laとを形成する。領域54b
の左側端54b′は浮遊ゲーI〜52の右側端5281
によって画定され、且つその右側端54b″′はパター
ン形成されたホトレジスト53−2の左側端53cによ
って画定される。ソース領域548の右側端54 a 
”はパターン形成されたホトレジスト−53−1の左側
端53bによって画定される。従って、ドレイン領域5
4bは浮遊ゲート52の右側端52aに自己整合される
然し乍ら、ソース領域54aの右側端54 a ”はホ
1へレジスト53−1の左側端53bに自己整合される
。71遊ゲー1−52の左側端52bと相対的なパター
ン形成したホトレジスト53−1の左側端53bの位置
における不確定性は、制御ゲートチャンネル(第3図に
おけるチャンネル部分36bに対応)の長さにおける不
確定性を表すものであって、浮遊ゲートチャンネルLe
ff (第3図の中央のセルにおけるチャンネル部分3
6aに対応)の不確定性を表すものではない。後に形成
されるべき制御ゲート(第3図における制御ゲート35
に対応)上に適切な電圧を与えることによって。
制御グー1−下側のチャンネル長さは問題ではなくなり
、全チャンネルの導通又は非導通は浮遊ゲート52に与
えられる電圧によって決定される。本発明に基づいて製
造されるメモリアレイ内の全てのトランジスタにおいて
は浮遊ゲート52が一様にドレイン54bへ1妾続され
て、r9す、且つ本発明に基づいて形成されるメモリア
レイ内の全てのトランジスタにおける全ての?1−Mゲ
ート52下側における実効チャンネル長さLeff (
第3図におけるチャンネル36aに対応)は実質的に同
じであるから、本発明の構成は従来のIE I)It 
OMよりも一層高い歩留まりで製造する゛ことの可能な
分割ゲート型の書込可能なEFROMを提供することが
可能である。
本製造プロセスにおけるその他のステップはシリコンゲ
ーhEPIIOM技術における44H9I(+1的な公
知のステップである。絶縁体(不図示)を浮遊ゲート5
2を被覆して形成する。第3図における制御ゲート35
に対応する制御ゲート(1m々、「ポリ2」と呼称され
る)は、通常、ワード線の一部として形成される。その
結果得られる構成を第3図に示してある。第3図は、浮
遊ゲート33.及び浮遊ゲート33の左右に形成されて
いる浮遊ゲート33Lと33Rとを示している。本発明
に基づき、これら全ての3個の浮遊ゲー1−の右側端は
下側に存在するドレイン領域の左側端に自己整合されて
いる。セルの右側におけるソース領域と共に、成る与え
られたセルに対するドレイン領域は2倍となる。
第5a図及び第5b図に例示した如く本発明方法によっ
て製造した完成した構成を第3図に示してある。第3図
においては、ソース及びドレイン領域31a及び31b
を形成する前に、浮遊ゲート33が形成される。浮遊ゲ
ート33は、ソースとドレインの間に後に形成されるべ
きチャンネル領域の一部の上に積層する薄い絶縁層上に
形成されている。浮遊ゲート33の右側端はドレイン領
域31bの1端を確定する為に使用されている。
浮遊ゲート33の上側には絶縁体34(典型的には、酸
化シリコン)が設けられており、且つ酸化層34の上側
には制御ゲート35が設けられている。制御ゲート35
の一部35aは、浮遊ゲート33の端部とソース領域3
 、L aとの間のチャンネル領域の第2部分の上に存
在している。本明細書において説明する如く、制御ゲー
ト35の部分35aの下側のチャンネル領域36.1は
デバイスの性能に影響を与えること無しに著しく変化す
ることの可能な長さ36aを有することが可能である。
第3図に断面で示した構成は同様の複数個のセルの1つ
のセルである。典型的な仮想接地構成においては、第3
図に断面で示したセルのドレイン36aはその右側に位
置する別のセルのソースとして機能する。同様に、ソー
ス36 aは左側に位置する2番目のセルのドレインと
して機能する。
こ熟らの隣接するセルと関連した’trP−遊ゲート3
3L及び33[くの部分を第3図に示してある。
注意すべきことであるが、浮遊ゲート52は、水掃成体
のその後の処理の過程中における浮遊ゲート52下側の
左側端54b′の横方向拡散によってドレイン領域54
bと容量的に接続される。
この横方向拡散は典型的に約0.;3ミタロンである。
然し乍ら、゛従来技術と異なり、ン7遊ゲート52はド
レイン領域54bを形成する後ではなく寧ろその前に形
成され、ドレイン領域511 bの1端と正確に自己整
合される。
第6a図は、71遊ゲー1−(「ポリ1J)のドレイン
チャンネル長さくLpl)に対するスレッシュホール1
−電圧の変化を示している。第6a図において、縦:l
il、I+は書込スレッシュホールドであり且つ横軸は
浮遊ゲートチャンネルL、)lの長さをミクロンで示し
たものである。重要なことであるが、第6a図乃至第6
d図及び第7a図と第7b回は描写寸法を使用している
ということである。然し乍ら、第3図に示したチャンネ
ル長さ36a及び36bは製造後の実効寸法である。従
って、チャンネル長さ36aは処理後のチャンネルの実
効長さを表す為に[、c[fで表しており、一方処理1
)ηにおいては、このチャンネル長さは描写寸法であり
、その為に記号Lplで表している。従って、第6a図
乃至第6d図及び第7a図と第7b図に示した寸法Lρ
1の各寸法は、処理の影響を反映させる為に所定の■(
約0.5ミクロン)だけ補正(即ち、減算)せねばなら
ない。当然、補正景は処理方法によって変化する。成る
与えられたドレイン電圧及びゲート電圧(第1図におい
て、8ボルトのドレイン電圧と12ボルトのゲート電圧
に対応)に対して与えられた時間中に得られ八乃至は記
憶されたスレッシュホールド電圧V1.xは、浮遊ゲー
ト52下側のチャンネルLPIの長さが3乃至4ミクロ
ンである■−7])1に対する約2.5ポル1〜の最小
Vtxへ増加するに従って降下し、次いで多少増加する
この最小V’l;xは居゛込前の初期デバイススレッシ
ュホールトに対応する。スレッシュホールドVtxは、
このトランジスタを有するセルが書き込まれている場合
に、第3図に示した制御グー1−下側のトランジスタを
ターンオンする為に制御ゲート(例えば、第31”il
に示したゲーl−35)へ印加せねばならない電圧を表
している。従って、浮遊ゲート33下側のチャンネル3
6aの長さが増加する(第3図)と、該トランジスタを
ターンオンし且つソース領域331bからドレイン領域
:31aヘチヤンネルを形成するのに必要なスレッシュ
ホールド電圧は減少する。第6a図に示した如く、1ミ
リ秒と10ミリ秒の両方の書込時間共実質的に同じ形状
の曲線を発生させる。
第6b図は、書込時間(横軸)に対するスレッシュホー
ルド電圧(縦軸)に与える′4遊ゲート33下側のチャ
ンネル36aの長さの影響を示したものである。種々の
曲線は浮遊ゲート33下側のチャンネル36a (第3
図)の異なった長さLplを反映している。これらのチ
ャンネル長さが増加すると、成る与えられた書込時間に
対するスレッシュホールド電圧は降下する。従って、1
0−2秒の書込時間の場合、1.5ミクロンのチャンネ
ル長さLplに対するスレッシュホールド電圧は約7ボ
ルトであり、一方3.0ミクロンチャンネルLρ1の場
合のスレッシュホールド電圧は約4ボルトである。これ
らの曲線は、ドレインからソースへ電圧vDSが8ボル
トで制御ゲート35上の電圧が12ポル1〜の場合に得
たものである。第6b図の曲線は、浮遊ゲー1−が短け
れば短い程、形成される電界はそれだけ強く、従って浮
遊ゲート上により多くの電子が与えられその際に1−ラ
ンジスタをターンオンさせる為のスレッシュホールド電
圧Vtxが−M大きくなることを示している。
第6 c IQIは、夫々の曲線に対してll浮遊ゲー
ト33下側チャンネル36aの長さをパラメータとして
、ドレイン31b(第3図)」―の電圧に対するスレッ
シュホールド電圧Vtx(縦11i111)のプロット
である。与えられたドレイン電圧VD(例えば、8ボル
ト)に対して、チャンネル36aの長さLplが低下す
るに従いスレッシュホールド電圧Vtxが上昇する。第
6c図の曲線は、制御ゲート35下側の制御チャンネル
Lp2 (第3図におけるチャンネル36bの描写寸法
に対応)が265ミクロンで、制御ゲート35上のゲー
ト電圧が12ボルトで、書込時間が10ミリ秒(10−
”秒)でのものであるに九らの曲線は、ドレインとソー
スとの間において一度与えられたドレイン電圧差vDS
が得ら引すると、Jj、えられた量を越えてドレイン電
圧を増加することはトランジスタのスレッシュホールド
電圧V1.xに実質的に何の降下も与えないことを示し
ている。換言すると、ΔV Lax/ΔvDSが実質的
にゼロとなり、その際に浮遊ゲートに接続されているド
レイン電圧を増加させることはトランジスタの書込に殆
ど影響を与えないということを示している。従って、書
込スレッシュホールド電圧Vtxに到達した後に、ドレ
イン対ソース電圧VDSを増加させても何等著しい性能
上の改良が得られるものでは無い。
Lplが増加すると、ΔVtx/Δ■DSが非常に小さ
くなるスレシュホールド電圧Vjxは減少する。
従って、−切長い浮遊ゲートを持った構成の場合には、
VDSの増加は一層少ない。
注意すべきことであるが、第6c図において、与えられ
たLplに対する与えられた線上の各連続する点は、単
に10ミリ秒の書込時1jflではなく付加的な10ミ
リ秒の書込時間を表している。従って、第6C図におけ
るVDSに対するVtxの曲線は。
異なったVDS開始点からセルを書き込むろに一定の書
込時間を印加した場合には、第6c図に示したものより
も一層平担なものとなる。
第6d12Iは、本発明の構成の場合、 VD(+n1
n)に対するスレシュホールド電圧Vt、xの−r 1
llll性が非常に緊密したものであることを示してい
る。VD(rOln)は書込を開始(即ち、ll遊ゲー
トへ効率的な電子の流れを開始)する為に必要な最小の
VDSとして定義される。第6c図において、 VD(
min)は、曲線が右側l\急激に変化するブレーキポ
イントを示すVDSである。このブレーキポイン乃至は
「ひざ」は第に(1図にプロットしたVl)(IIIi
n)に対応する。
第6dし1と第6c図の関係が本発明の基本的な点を示
している。256K EPItOMにおいて、EPRO
M内のセルを、J>き込む為の時間は理論的に256K
に各セルを書き込む為の時間を乗算しそれを8で割った
(ROMは一度の1バイトで書き込まれる)ものである
。従って、各セルの書込時間を著しく減少することが可
能であれば、多数のE円+OMを書き込む場合の効・1
′を比例的に増加させることが可能である。本発明者の
知見したところでは、与えられた書込時間内に与えられ
たスレッシュホールド電圧Vtxへ−21:き込む場合
に重要なことはLplの長さを制御することであり、特
にソースからドレインへパンチスルーを発生させること
無しに実際上可能な範囲で可及的にこの長さく第3図に
おけるチャンネル36aに関連している)を小さくする
ことである。第6d図の解析によって示される如く。
VD(+n1n)を減少させることによって与えられた
書込時間対してスレッシュホールド電圧Vtxが増加さ
れる。第6c図に示した如<、Lplの長さが減少する
と、VD(min)が減少する。従って、Lplを減少
することが、与えられた時間内に与えられたスレッシュ
ホールド電圧Vtxへ書込を行なうための要である。本
発明は、浮遊ゲー1−の下側に小さな実効チャンネル長
さLeffを得ることを可能とするのみならず、EPR
OMアレイを介して制御性及び再現性をもってこのチャ
ンネル長さを得ることを可能としておりその際にアレイ
を介して再現性があり且つ一貫性のある結果をえること
を可能としている。
第7a図は、第2図に示した横進に関して3つの異なっ
たLpl(即ち、浮遊グー1−下側の3つの異なった描
写チャンネル長さ)に対してのスレッシュホールド電圧
ΔVTの変化を示している。非整合型Lvt IjXU
においては、浮遊グー1−下側のチャンネルの適すな長
さは最大のスレシュホールド電圧Vexを得る為に重要
である。第7.1図に示した如く、チャンネル長さ3.
6 aがみじか過ぎると(例えば、1.5ミクロン)、
書込中にソース31aとドレイン31bとの間にパンチ
スルーが発生し、デバイスへの書込が行なわれなくなる
。浮遊ゲート33下側のチャンネル36aの長さ及び浮
遊ゲー1−のドレインに対するオーバーラツプを最適化
する為に非″J:曾合型構造において?7.遊ゲートの
適切な整合を1[+ることは重要である。第7a図にお
ける非常に急峻なピークはチャンネル長さLplに関す
るVtxにおける変化を反映している。第7a図は、芹
込効串に関して最小チャンネル長Lplに対してデパー
rスを最適化することば、一層高い読取電流を得る為に
書込前の初期スレシュホールドを一層低くし且つ書込後
の最終スレシュホールドを−a高くすることを示してい
る。このことは、回路内の−rンピーダンスを一層低く
することを意味し、それは読取中においてメモリの周辺
回路内のセンスアンプ内のコンデ′ンサかそうでない場
合と比較して書込を行なったトランジスタを介して一層
迅速に放電し、−m短いフタセス時IUIとなることを
意味する。
第7a図には、浮遊ケートの下側に3つの実効チャンネ
ル(1,5ミクロン、2.0ミクロン、2.5ミクロン
)が示されている。パラメータΔVT(異なったチャン
ネル長さの関数としてスレシュホールド電圧における変
化を表している)は曲線で図示してある。この電圧変化
は、Lplに対する長さが1.5から2.0それから2
.5ミクロンと行くに連れ特に強調されている。チャン
ネル長さの関数としてのVtxの変化は、本発明の自己
信金型(14成に対して第6a図に示したものと同様で
ある。然し乍ら、2ミクロンLρ1から1,5ミクロン
Lpl及びそれより短くなると、新たな現象が現れてソ
ースからドレインへのパンチスルーの可能性が発生し、
従ってVtxは予定のものよりも低くなる。非自己整合
曲線が示すところでは、予定のスレシュホールド電圧を
得る為には適切なLplとすることが重要である。然し
乍ら、非自己q:′i合型浮透型浮遊ゲート技術、Lp
lは与えられたチップに渡ってさえ変化することがあり
、与えられたメモリ内においてセル14にVtxを変化
させる。屡々、この変化は許容ずろごとの出来ないもの
である。第7a図の曲線から理解される如く、ウェハの
処理中マスク工程に、F; Rる不1:曾合の為に、与
えられたメモリはそのLplがセル毎に異なり1例えば
、1.5ミクロンから2.5ミクロン又はそれ以上に変
化することがある。従って、Vtxが屡々ウェハに渡っ
て予測不能な態様で変化し、その結果許容不可能な性能
となる。
第7b図は、スレッシュホールド電圧に与えるオーバー
ランプ及びVDの影IEtx示している。非自己Jff
ff表型装置合、構成は整合されねばならず、従ってl
J′1合の3シグマ最悪ケースは浮遊ゲート33の下側
に満足のいくチャンネル長さ36aを与える。’tFt
Mゲートとドレインとの間の結合を増加させることは、
与えられたー、1シ:込条件に対してデバイスのスレシ
ュホールド電圧を改善することは無く、従って浮遊ゲー
トをドレインとオーバーラツプさせることでは改善され
ない。浮遊ゲートとドレインとをもっとオーバーラツプ
させることは、71遊ゲート下側の与えられたチャンネ
ル長さ36aに対してドレインに対する浮遊ゲートを充
電する為に一層多くの電子が必要とされることを意味す
る。従って、デバイスの効率を改善する代りに、ンl遊
ゲートとドレインのオーバーラツプを増加させることは
実際上はこの効率を低下させることとなる。加速された
電子が浮遊ゲートに衝突してその中に取り込まれ制御ゲ
ート乃至はワード線内に取り込まれないことを確保する
為に浮遊ゲートとドレインとの最小のオーバーラツプが
必要である。
第7b図が示す如く、非自己整合構造のオーバーラツプ
が増加すると、ΔVTは与えられたVDに対して実際上
減少する。この場合も、このことは、ドレインと’t”
7Mゲートとの間の結合は所望のVtxを得る為には有
効ではなく、寧ろ有害であるということを示している。
本発明の回路は高度に拡縮性があり、それが拡縮されて
もその自己整合特性を維持する。
本発明の・R要な効果は、正しいLplを選択すること
によって、メモリアレイ用の書込時間をかなり減少させ
ることが可能であるということである。
例えば、従来の256K [EPlloMは書込に約1
50秒乃至は2.5分かかる。本発明の構成を使用する
256K EFROMでは、約30秒で書込を行なうこ
とが可能である。このことは著しい改良であって、その
結果書込及び試験用のコストが低下する。
本発明から11?られる付加的な利点としては、マスク
不整合公差に起因する浮遊ゲートの位置における不確定
性が、従来の非自己整合型構成及び標準の従来の[EI
)1108 (非分割ゲートであるが自己整合型)に:
ISける浮遊ゲートの位置における不確定性と比較して
かなり減少されている。表工は、従来技術の(ユ1“i
 ’(jQ非分割ゲート自己整合型構成と比較した本発
明の自己整合型分割グー1〜構成に関してのこの改良を
示している。
−宍」− 標準EFROM(不分割で1本発明の自自己整合型ゲー
ト)1 己整合型分 1割ゲート構成 ステップ1 ポリ1(浮遊ゲート) 1本1月(浮遊臨
界的寸法は画定さ1ゲート) れないが非臨界的寸1臨界的寸法 方は画定される   j画定される ステップ2 ポリ2(制御ゲート)1 制御ゲートの臨界的 1 寸法を画定−2層のポ1 リシリコンに関連すす る粗雑で非平坦な形1 状の為に精度劣化 ト ステップ3 ポリ2をマスクとし 1 て使用してポリlの I 臨界的寸法を画定 表■は、 t/遁ゲジー〜、従って重要なチャンネル長
さLaffを画定する為に使用される2つのプロセスに
おけろ臨界的なステップのみを比較している。
L effは本発明及び全てのIE P R11M構成
における自己整合型分割ジー+−4+’6成における最
も重要なチャンネル長さである。注意すべきことである
が、標準の非分割ゲート自己整合型構成においては、L
effはソースとドレインとの間の全チャンネル長さで
ある。
表工に示した如く、標準の非分割ゲート自己整合型構成
において浮遊ジー1−のlh’a:界的な寸法を画定す
る為には3つのステップが必要である。1番目のステッ
プにおいて、浮遊ゲートの下側のチャンネルの幅(長さ
ではない)に対応する非臨界的寸法のみが画定される。
浮遊ゲートの下側のチャンネル長さに対応する浮遊ジー
1−の臨界的な寸法は画定されない。2番目のステップ
において、制御ジー1〜をそれから形成すべき第2層ポ
リシリコンを付着させる。この第2層(「ポリ2」とし
て知られている)の臨界的な寸法はステップ2で画定さ
れる。この寸法は、後に形成されるべきソース領域とド
レイン領域との間のチャンネル長さに対応する。然し乍
ら、ウェハ上に付着されるポリシリコンの2層に関連す
る粗雑で非平担なトポロジーの為に、製造されるべき制
御ジー1〜の臨界的な寸法の精度は劣化される。3番目
のステップにおいて、第1層ポリシリコン(ポリ1)は
、その臨界的な寸法(チャンネル長さLplに対応)を
第2ポリシコン層をマスクとして使用して画定する。
再度9画定されるべき第1ポリシリコン層の臨界的寸法
精度は構成体の不均一な1−ポロジー乃至は形状の為に
劣化される。
対照的に、本発明の自己整合型分割ゲート構成はスプッ
プ1においてポリl浮遊ゲート層の臨界的寸法を画定す
る。
上の比較が示す如く、標準の非分割ゲート自己整合型(
14成の場合のチャンネル長さLplは、チャンネルの
描写長さ士ポリ2画定ステップに関連する臨界内寸a;
における不確定性士ポリ2をマスクとして使用してポリ
1に関連するチャンネル長さの臨界内寸を人において導
入されろ不確定性、と等しい。従って、 ’);J Q
’の非分割ジーj〜自己整合型構成における実効チャン
ネル長さにおける不確定性は、2つの臨界的寸法によっ
て導入される2つの成分を持っている。一方、本発明の
自己整合型分割ゲート構成を使用する場合、l:+15
界的な寸法においては1つだけの不確定性が発生するだ
けであり、それはポリ[の臨界的寸法を画定する第1ス
テツプにおいて発生し、トポロジーは滑らかである。
従って1本発明は、 Leffの画定において1つの臨
界的寸法を除去し且つ臨界的なチャンネル長さL ef
fの形成過程中に一層平滑なトポロジーを導入さ仕るこ
とによって、従来技’+Irの標準的非分割ゲート自己
整合型構成によるプロセスと比べて二重の処理土の利点
を席供している。
表1rは、本発明の自己整合型分割ゲート構成において
ン!7遁ゲートを画定するのに必要な単一ステツブに対
して従来技術の非自己整合型分割ゲート構成におけるポ
リ1〆l遊ゲートを画定するのに必要な臨界的なステッ
プを比較している。
致旦 非自己整合量分1本発明の自己整 割ゲート    1合型分割ゲート ステップ1 ソース及びドレ 1ポリl(浮遊ゲート)
イン注入   1臨界的寸法画定 ステップ2 ポリ1(浮遊ジー 1 ト)1 臨界的寸法画定1 従来技術の非自己整合型分割ゲート構成を製造する場合
のステップ1は、デバイス内にソース領域及びドレイン
領域を注入することである。次いで、ステップ2はポリ
1層を付着形成し、且つこの店から71遊ゲートを形成
することである。臨界的寸法Lρ1はこのステップによ
って画定される。然し乍ら、長さr、piにおける不確
定性は、ポリ1の臨界的寸θモにおける不確定性上下側
に存在するドレイン領域とIl!対的に浮遊ゲートの臨
界的寸法を画定する為に1+用されるマスクの不l;r
合から発生する。典型的に、臨界的寸法における不確定
性は±0.3ミクロンであり、一方マスク不整合に起因
する不確定性は±0.6ミクロンである++fA計的な
意味で結合すると(平方二乗平均)、Lplにおける全
不確定性は±0.6乃至±0.7ミクロンとなることが
可能である。反対に、本発明の自己整合型分割ゲート構
成を使用した場合、ポリ1浮遊ゲートの臨界的寸法は高
々約±0.3ミクロンの不確定性で画定される。従って
、本発明は、従来技術の非自己整合型分割ゲート構成と
比べて!Ji2造精度が著しく改善されている。
第8図は、本発明の自己整合型分割ゲート構成を使用し
て製造したlEPROMアレイを示している。
簡単化の為に、9個のトランジスタ乃至はセルのアレイ
を示してある。トランジスタQ5の書込及び読取に付い
て説明する。ワード線の行m−1゜m及びm+1とビッ
ト線の列n−2,n−1,n及びn+1のアレイを示し
てある。列12−2はトランジスタQl、Q4.Q7の
ソースであり、−右列n−1はトランジスタQl、Q4
.Q7のドレインであり且つトランジスタQ2.Q5.
Q8のソースである。同様に、列nはトランジスタQ2
.Q5.Q8のドレインであり且つトランジスタQ3.
Q6.Q9のソースである。列n+1はトランジスタQ
3.Q6.Q9のドレインである。
動作に付き説明すると、デバイスm、n(即ち、セ°ル
Q5)を読み取る為には、n−1を除いて全てのビット
線を2ボルトに設定する。ビット線n−1は接地に設定
する。ワード線mを5ポル1−に設定し、一方mを除い
てその他の全てのワード線を接地に設定する。
デバイスm、 n (即ち、セルQ5)を書き込む為に
は、 11を除いて全てのピッ1−線を接地に設定し、
一方ビット線nを8又は9ボルトに設定する。
mを除いて全てのワード線を接地に設定し、ワード線m
を12ボルトに設定する。書込の間、デバイスm、n+
L(即ち、セルQ 6 )も書込状態にあるが、逆の形
態になっている(即ち、高電圧は浮遊ジー1−から離れ
て印加される)。この形態においては、デバイスm、n
−1には書込は行なわれない。この分割ゲートEFRO
Mにおける非対称性により、仮想接地アプローチを利用
することが可能となっCいる。
以上1本発明の具体的実施の態様に付いて詳細に説明し
たが、本発明はこれら具体例にのみ限定されるべきもの
では無く、本発明の技術的範囲を逸脱すること無しに種
々の変形が可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
第1図は制御ゲートの下側に単一の浮遊ゲートを使用す
る従来のEPROMの説明図、第2図は浮遊ゲートがI
〜レイン領域に自己整合されておらす且つ制御ゲートが
チャンネル領域の一部の上に形成されている従来技術の
分割ゲート構成を示した説明図、第3図は浮遊ゲートが
ドレイン領J或に自己整合されており且つソースと1−
レインとの間のチャンネル領域の正確に画定さ九た部分
Leff上に設けられており且つ制御ゲート力< ’t
l−遊ゲートと浮遊ゲートにLlを層されてないがそれ
から絶縁されているチャンネル領域の部分の上方に設け
られている本発明の分割ゲート構成を示した説明図、第
4図は第1図の構成に対するスレッシュホールド電圧V
t、xとドレインターンオン電圧V DTOとの間の関
係を示したグラフ図、第5a図及び第5b図は本発明の
新規な自己整合型分割ゲート構成を装造する為に使用し
た新規なプロセスを示した各説明図、第6Q図乃至第6
d図は書込時の浮遊ゲート下側のチャンネル長さLρ1
の効果を示した各グラフ図、第7d図及び第7b図は非
自己整合型構成に対する動作の緊密な包絡線及び本発明
の自己整合型分割ゲート構成の利点を図式的に示した各
グラフ図、第8図は本発明の自己整合型分割ゲート構成
を(・、F川して形成したメモリアレイを示した概略説
明図、である。 (符号の説明) 35:制御ジー1− 36a:チャンネル領域 50:半導体物質 51:ゲート酸化層 52:浮遊ジー!へ 53:ホト−ジス1〜層 54a:ソース領域 54b=ドレイン領域 特許出願人   ウェハスケール インチグレイジョン
、 インコーホレイ テッド 図面のイア’K(円台に変更なし) 瞬間(ν) FIG、6c Vos(宙ルト) Vo(蛸・h) (a”’レト) FIG、 7a          FIG、7bFI
G、8 手続祁jLE書(方式) %式% 1、事件の表示   昭和60年 特 許 願 第10
0632号2、発明の名称   自己整合型分割ジー1
−EPROM3、補正をする者 事件との関係   特許W願人 4、代理人

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1、書込可能なリードオンリメモリ用の自己整合型分割
    ゲート単一トランジスタメモリセルにおいて、チャンネ
    ル領域によって分離されているソース領域とドレイン領
    域とを具備する半導体基板、前記チャンネル領域の第1
    部分上に形成されている浮遊ゲートであって前記浮遊ゲ
    ートの第1端が前記ドレイン領域の1端と整合され且つ
    それを画定する為に使用されると共に前記浮遊ゲートの
    第2端が前記チャンネル領域上であって且つ前記チャン
    ネル領域の第2部分によって前記ソース領域の最近接端
    から分離されている浮遊ゲート、前記浮遊ゲート上に形
    成されているがそれから分離されていると共に前記チャ
    ンネル領域の前記第2部分上に形成されているがそれか
    ら分離されている制御ゲート、を有するメモリセル。 2、特許請求の範囲第1項において、前記チャンネル領
    域の前記第2部分上に存在する前記制御ゲートの部分は
    、前記浮遊ゲートを前記チャンネル領域の前記第1部分
    から離隔する絶縁体と略同じ厚さの絶縁体によって前記
    チャンネル領域の第2部分から離隔されているメモリセ
    ル。 3、特許請求の範囲第1項において、前記ソース領域か
    ら前記浮遊ゲートへの前記チャンネル領域の前記第2部
    分の最小長さは、前記メモリセルを製造する為に使用さ
    れる製造方法の整合公差の関数であり、且つ前記チャン
    ネルの前記第2部分の長さは前記セルの性能に影響を与
    えることなくかなりの量変化せることが可能であるメモ
    リセル。 4、特許請求の範囲第3項において、前記チャンネル領
    域の前記第2部分の長さは、本メモリセルの性能に実質
    的に影響を与えることなしに1ミクロン以上変化させる
    ことが可能であるメモリセル。 5、特許請求の範囲第1項において、前記浮遊ゲートは
    、前記ドレイン領域の形成後本メモリセルの製造中前記
    浮遊ゲート下の前記ドレイン領域の横方向拡散によって
    前記ドレインの一部上に延在する一部を有しているメモ
    リセル。 6、特許請求の範囲第1項において、前記単一トランジ
    スタメモリセルは、この様なセルのアレイの一部であっ
    て、各セルがその浮遊ゲート下に略同じ実効チャンネル
    長を持っているメモリセル。 7、特許請求の範囲第1項において、前記浮遊ゲートは
    前記ドレイン領域より前に形成されており、次いで前記
    ドレイン領域の1端を画定する為に前記浮遊ゲートの1
    端を使用して前記ドレイン領域を形成してあるメモリセ
    ル。 8、単一トランジスタ自己整合型メモリセルの製造方法
    において、第1絶縁体によって離隔して半導体基板上に
    ポリシリコンの第1部分を形成し、前記ポリシリコンの
    第1部分は第1端及び前記第1端とは反対の第2端を具
    備した浮遊ゲートを有しており、前記ポリシリコン及び
    前記基板の表面上にホトレジストパターンを形成しその
    場合に前記浮遊ゲートの第1端と前記第1端を越えた半
    導体基板の一部の両方を露出させると共に前記浮遊ゲー
    トの第2端を越える半導体基板の一部を露出する為に前
    記ホトレジストパターン内に開口を形成させ、前記ホト
    レジストを部分的に除去することによって露出された半
    導体基板の部分内に選択した不純物を注入させその際に
    前記浮遊ゲートの第2端を越えてソース領域と前記浮遊
    ゲートの第1端を越えるがそれと自己整合したドレイン
    領域を形成する、上記各工程を有する方法。 9、特許請求の範囲第8項において、前記ドレイン領域
    は前記浮遊ゲートの第1端と自己整合した選択された端
    部を有している方法。 10、書込可能なリードオンリメモリを製造する方法に
    おいて、半導体基板内のソースとドレインとの間のチャ
    ンネル領域の一部上に浮遊ゲートを形成し、該ソースと
    ドレインとの間の浮遊ゲート下側の実効チャンネルの長
    さは書込開始時のドレイン電圧を最小とする為に十分に
    小さな値であるが該ソースとドレインとの間にパンチス
    ルーの危険性を発生する程小さくは無い値を持つ様に制
    御されている方法。
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