JPS62269363A - Semiconductor memory device - Google Patents
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Classifications
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- H—ELECTRICITY
- H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H10B—ELECTRONIC MEMORY DEVICES
- H10B69/00—Erasable-and-programmable ROM [EPROM] devices not provided for in groups H10B41/00 - H10B63/00, e.g. ultraviolet erasable-and-programmable ROM [UVEPROM] devices
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は半導体記憶装置に関し、特に浮遊ゲートを有す
るプログラム可能な読み出し専用メモリ(EPROM)
に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to semiconductor memory devices, and in particular to programmable read-only memories (EPROMs) with floating gates.
Regarding.
従来、MOS lランジスクのゲート電極を浮遊ゲート
(フローティングゲート)とコントロールゲートとで二
層に構成して記憶素子を構成したEPROMが提!され
ている。即ち、第6図のように、半導体基板31に第1
ゲー1−酸化膜32.フローティングデー133.第2
ゲート酸化膜34及びコントロールゲー135を積層形
成し、これら各ゲート33.35を挟む位置にソース領
域36、ドレイン領域37を形成している。ソース領域
36は各記ta素子のソース領域と相互Gこ接続され、
数個の素子毎に電源(グラウンド)ラインに接続を行っ
ている。また、前記各ゲー)33.35を覆う層間絶縁
膜38を形成し、これに開口したコンタクトホールを通
してディジット綿としてのアルミニウム配線39をドレ
イン領域37に接続している。Conventionally, an EPROM has been proposed in which the gate electrode of a MOS transistor is constructed in two layers, consisting of a floating gate and a control gate to constitute a memory element! has been done. That is, as shown in FIG.
Gate 1 - Oxide film 32. Floating Day 133. Second
A gate oxide film 34 and a control gate 135 are formed in layers, and a source region 36 and a drain region 37 are formed at positions sandwiching these gates 33 and 35. The source region 36 is mutually connected to the source region of each TA element,
Connections are made to the power (ground) line for every few elements. Further, an interlayer insulating film 38 is formed to cover each of the gates 33 and 35, and an aluminum wiring 39 as a digit wire is connected to the drain region 37 through a contact hole opened in the interlayer insulating film 38.
この種の記憶素子では、フローティングゲート33に対
するチャネルホットエレクトロン注入或いはアバランシ
ェ注入により情報の書き込みを行っているが、この際の
書き込み速度はソース領域36の抵抗に大きく影響され
る。このため、各記憶素子を相互に接続しているソース
領域36を記憶素子の数個(数ビット)毎に電源(グラ
ンド)ラインに接続して接地を行なう構成が採られてい
る。In this type of memory element, information is written by channel hot electron injection or avalanche injection into the floating gate 33, but the writing speed at this time is greatly influenced by the resistance of the source region 36. For this reason, a configuration is adopted in which the source region 36 that interconnects each memory element is connected to a power supply (ground) line every several memory elements (several bits) for grounding.
このため、この接続を行うためのコンタクト部拡散層面
積が必要とされ、素子の微細化、高集積化に不利となる
。また、このコンタクI・部から離れた記憶素子程ソー
ス抵抗が大きくなり、この記t1素子における書き込み
速度が低下されるという問題もある。Therefore, an area of a contact diffusion layer is required for making this connection, which is disadvantageous for miniaturization and high integration of elements. There is also the problem that the source resistance of a memory element that is farther away from the contact I section increases, and the write speed in the t1 element is reduced.
更に、ゲートを二層に構成しているため、層間絶縁膜3
8の表面に段差が生し、上層のアルミニウム配線39の
信頼性が低下される。これに刻しては層間絶縁膜38の
リフローを行うが、このためのスチーム処理の高温化を
招き、また長時間の処理が必要とされる等の問題がある
。Furthermore, since the gate is configured in two layers, the interlayer insulating film 3
A step is formed on the surface of the aluminum wiring 39, and the reliability of the upper layer aluminum wiring 39 is lowered. Specifically, the interlayer insulating film 38 is reflowed, but this raises the temperature of the steam treatment and requires a long treatment time.
本発明の半導体記憶装置は、記ta素子におけるソース
抵抗の低減及び均一化を図って特性を向」−し、かつ層
間絶縁膜の平坦化を図って信頼性を向上するものである
。In the semiconductor memory device of the present invention, the source resistance of the element is reduced and made uniform to improve characteristics, and the interlayer insulating film is planarized to improve reliability.
本発明の半導体記憶装置は、半導体基板に形成した溝の
内側面に第1ゲート酸化膜、フローティングゲート、第
2ゲート酸化膜及びコントロールゲートを横方向に積層
して形成するとともに、この溝の底面には基板の埋込層
に接続したソース領域を形成し、かり溝の1−r(ii
I?J囲にはドレイン領域を形成して二層ケート構造
のMOS型の記1.(を素子を構成している。In the semiconductor memory device of the present invention, a first gate oxide film, a floating gate, a second gate oxide film, and a control gate are laterally stacked on the inner surface of a trench formed in a semiconductor substrate, and the bottom surface of the trench is A source region connected to the buried layer of the substrate is formed in the groove 1-r(ii
I? 1. A MOS type with a two-layer gate structure in which a drain region is formed around J. (Constitutes the element.
次に、本発明を図面を参照して説明する。 Next, the present invention will be explained with reference to the drawings.
第1図乃至第3図は本発明の一実施例を示す図であり、
第1図ζ:l:下面図、第2図及び第3図ば夫々第1図
のAA線、BB線に沿う断面図である。1 to 3 are diagrams showing one embodiment of the present invention,
FIG. 1 is a bottom view, and FIGS. 2 and 3 are cross-sectional views taken along lines AA and BB in FIG. 1, respectively.
図のように、半導体記憶装置の記憶素子は、半導体基板
1上にN型埋込層2を設け、この上にP型のエピタキシ
ャル層3を形成し、このエピタキシャル層3内に形成し
た溝4内にフローティングゲート7とコントロールゲー
ト9とを横方向に配列した構成としている。即ち、溝4
の底部にはN型ソース領域5を形成し、溝4の周囲位置
におけるエピタキシャル層3表面部にはN型のドレイン
領域12を形成している。また、溝4の内側面には第1
ゲート酸化膜6を形成し、これに隣合ってフローティン
グゲート7を形成している。更に、このフローティング
ゲート7の側面には第2ゲート酸化膜8を形成し、これ
に隣あってコントロールケート9を形成している。As shown in the figure, a memory element of a semiconductor memory device includes an N-type buried layer 2 provided on a semiconductor substrate 1, a P-type epitaxial layer 3 formed thereon, and a groove 4 formed in this epitaxial layer 3. Floating gates 7 and control gates 9 are arranged in the horizontal direction. That is, groove 4
An N-type source region 5 is formed at the bottom of the trench 4, and an N-type drain region 12 is formed at the surface of the epitaxial layer 3 around the groove 4. In addition, a first groove is provided on the inner surface of the groove 4.
A gate oxide film 6 is formed, and a floating gate 7 is formed adjacent to this. Furthermore, a second gate oxide film 8 is formed on the side surface of this floating gate 7, and a control gate 9 is formed adjacent to this.
そして、このコントロールゲート9にはワード線IOを
積層形成し、かつこれを保護酸化膜11及び層間絶縁膜
13で覆っている。この層間絶縁膜13にはコンタクト
ホール15を開設し、前記ドレイン領域12に接続する
ディジット線14を前記ワード綿10と直交する方向に
延設している。A word line IO is formed in layers on this control gate 9, and is covered with a protective oxide film 11 and an interlayer insulating film 13. A contact hole 15 is formed in this interlayer insulating film 13, and a digit line 14 connected to the drain region 12 is extended in a direction perpendicular to the word line 10.
次に、以」二の構成の記憶素子の製造方法を第4図(a
)〜(扛)の断面図を用いて製造工程順に説明する。こ
こで、同図(e)、 (f)は第1図のBB線に沿う
断面構造を示し、他は第1図のAA線に沿う断面構造を
示している。Next, a method for manufacturing a memory element having the following second configuration is shown in FIG. 4(a).
The manufacturing steps will be explained in the order of manufacturing steps using cross-sectional views of ) to (k). Here, the same figures (e) and (f) show cross-sectional structures along the BB line in FIG. 1, and the others show cross-sectional structures along the AA line in FIG. 1.
先ず、同図(a)のようにP又はNl電型のシリコン基
板1の表面にN型不純物を導入してN型埋込層2を形成
し、この上層こ2〜3μmの厚さにP型エビタキソヤル
層3を成長させる。そしζ、所要形状、ここでは格子状
にパターン形成したフォトレジスト20をマスクとし゛
Cエピタキシャル層3をエツチングし、前記N型埋込層
2に達しない深さの溝4 (〜1.5μm)を開設する
。更に、前記フォトレジスト20及び前記溝4形成時に
生じたポリマー21をマスクにして、溝内に砒素等のN
型不純物をイオン注入し、前記N型埋込層2に達するN
型ソース領域5を形成する。First, as shown in the figure (a), an N-type impurity is introduced into the surface of a silicon substrate 1 of P or Nl type to form an N-type buried layer 2, and this upper layer is doped with P to a thickness of 2 to 3 μm. Grow the layer 3 of the type Ephitaxia soyal. Then, the C epitaxial layer 3 is etched to form a groove 4 (~1.5 μm) with a depth that does not reach the N-type buried layer 2, using the photoresist 20 patterned in a lattice pattern as a mask. Open. Furthermore, using the photoresist 20 and the polymer 21 generated when forming the groove 4 as a mask, N such as arsenic is injected into the groove.
N type impurity ions are implanted to reach the N type buried layer 2.
A type source region 5 is formed.
次いで、フォトレジスト20及びポリマー21を除去し
た後に、同図(b)のように熱酸化法によって前記溝4
内面に第1ゲート酸化膜6を形成する。また、化学的気
相成長法によって第1の多結晶シリコン膜22を全面に
成長させる。このとき、溝4内においては、多結晶シリ
コン膜22が溝4に完全に埋まることがないように厚さ
を調整する。Next, after removing the photoresist 20 and the polymer 21, the grooves 4 are formed by thermal oxidation as shown in FIG.
A first gate oxide film 6 is formed on the inner surface. Further, the first polycrystalline silicon film 22 is grown over the entire surface by chemical vapor deposition. At this time, the thickness of the polycrystalline silicon film 22 in the groove 4 is adjusted so that the polycrystalline silicon film 22 is not completely buried in the groove 4.
その後、リン等のN型不純物を第1多結晶シリコン膜2
2に導入し、低抵抗化する。After that, an N-type impurity such as phosphorus is added to the first polycrystalline silicon film 2.
2 to reduce resistance.
次に、前記第1多結晶シリコン膜22に対して異方性エ
ツチングを行い、同図(C)のように溝4の側面にのみ
第1多結晶シリコン膜22を残し、これをフローティン
グゲート7として構成する。Next, the first polycrystalline silicon film 22 is anisotropically etched, leaving the first polycrystalline silicon film 22 only on the side surfaces of the groove 4 as shown in FIG. Configure as.
この後、このフローティングゲート7を熱酸化し、表面
に第2ゲート酸化膜8を形成する。Thereafter, this floating gate 7 is thermally oxidized to form a second gate oxide film 8 on the surface.
次いで、再び化学的気相成長法によって第2多結晶シリ
コン膜23を形成して少なくとも前記溝4内を埋設し、
これにN型不純物を導入して低抵抗化した後に異方性エ
ツチングを施すごとにより、同図(d)のように溝4内
にのみ第2多結晶シリコン膜23を残し、コントロール
ゲート9を形成する。Next, a second polycrystalline silicon film 23 is formed again by chemical vapor deposition to fill at least the inside of the trench 4,
By introducing N-type impurities into the film to lower its resistance and then performing anisotropic etching, the second polycrystalline silicon film 23 is left only in the groove 4 and the control gate 9 is removed, as shown in FIG. Form.
次に、同図((1)のように前記溝4に直交する方向に
前記N型埋込層2に達する深さの溝24を形成する。こ
の溝24の形成に際しては図外のフォトレジストを利用
することは勿論言うまでもない。そして、全面に酸化シ
リコン等の絶縁膜を化学的気相成長法′1qにより堆積
し、かつごれを等方性エツチングによりエツチングハッ
クするごとにより、同図(「)のように溝24内にのみ
絶縁膜25を埋設さ・lる。この絶縁膜25によって記
憶素子を相互に絶縁分離させる。Next, as shown in the figure ((1), a groove 24 having a depth reaching the N-type buried layer 2 is formed in a direction perpendicular to the groove 4. When forming this groove 24, a photoresist (not shown) is used. Of course, it goes without saying that an insulating film such as silicon oxide is deposited on the entire surface by chemical vapor deposition method '1q, and the dirt is etched away by isotropic etching. An insulating film 25 is buried only in the groove 24 as shown in ).The insulating film 25 insulates and isolates the memory elements from each other.
しかる後に、11;j記コントロールゲー1!I J=
−の自然酸化膜を除去した後に、同図(g)のように金
属膜或いは第3多結晶シリニJン膜等を蒸着さ−lシリ
サイド化してバターニングするごとによりワード線10
を形成する。そして、熱酸化によって保護酸化膜11を
形成し、その後にN型不純物をイオン注入して11ツイ
ン領域12を形成する。After that, 11; j control game 1! I J=
- After removing the natural oxide film, a metal film or a third polycrystalline silicon film is deposited as shown in FIG.
form. Then, a protective oxide film 11 is formed by thermal oxidation, and then an N-type impurity is ion-implanted to form an 11 twin region 12.
以後、全面に層間絶縁膜13を形成し、コンタクトホー
ル15を開設した上に所要パターンのアルミニウム配線
を形成することによりディジット線14が形成され、マ
トリクス状に配列された複数個の記憶素子が完成される
。Thereafter, an interlayer insulating film 13 is formed on the entire surface, a contact hole 15 is opened, and aluminum wiring in a desired pattern is formed to form a digit line 14, thereby completing a plurality of memory elements arranged in a matrix. be done.
したがって、この記憶素子によれば、ソース領域5は溝
4の底部に形成しているため、ドレイン領域12と上下
に重なることになり、ソース占有面積を低減して記憶素
子の微細化及び高集積化を図ることができる。また、各
素子におけるソース領域5は直下位置において低抵抗の
N型埋込層2に接続されているために、ソース抵抗を低
減しかつ各素子間における書き込み速度にばらつきが生
しることもない。Therefore, according to this memory element, since the source region 5 is formed at the bottom of the trench 4, it vertically overlaps with the drain region 12, reducing the area occupied by the source and allowing miniaturization and high integration of the memory element. It is possible to aim for Furthermore, since the source region 5 in each element is connected to the low resistance N-type buried layer 2 directly below, the source resistance is reduced and there is no variation in writing speed between the elements.
更に、この構成ではエピタキシャル層3の形成時に深さ
方向のプロファイルを自由に制御できるので、ドレイン
領域12近傍の濃度を高くする等して書き込み効率を向
上させることもできる。Furthermore, with this configuration, the profile in the depth direction can be freely controlled when forming the epitaxial layer 3, so writing efficiency can be improved by, for example, increasing the concentration near the drain region 12.
一方、素子を形成した基板表面には、ワード線10が突
出されるのみであるため、その段差を緩和でき、層間絶
縁膜13における平坦化のためのリフローの低温化、短
時間化が可能であり、ソース・ドレイン領域等への悪影
響を防止するとともに、上層のディジット綿14におけ
る信頼性を向上できる。On the other hand, since the word line 10 is only protruded from the surface of the substrate on which the element is formed, the level difference can be reduced, and the reflow process for flattening the interlayer insulating film 13 can be performed at a lower temperature and in a shorter time. This prevents an adverse effect on the source/drain regions, etc., and improves the reliability of the upper layer digit cotton 14.
第5図(a)〜([)は前記した記憶素子の−・部を変
形した実施例を、その製造工程順に示す断面図である。FIGS. 5(a) to 5([) are cross-sectional views showing an embodiment in which the minus part of the above-mentioned memory element is modified, in the order of manufacturing steps.
なお、図中第4図と同−又は均等な部分には同一符号を
付しである。In addition, the same reference numerals are attached to the same or equivalent parts as in FIG. 4 in the figure.
先ず、前記した第4図(a)、 (b)と同じ工程に
より、第5図(a)のように溝4内の側面にのみ第1多
結晶シリコン膜22を残し、フローティングゲ−1・7
を形成する。First, by the same process as in FIGS. 4(a) and 4(b) described above, the first polycrystalline silicon film 22 is left only on the side surfaces inside the groove 4, and the floating gate 1 is formed as shown in FIG. 5(a). 7
form.
しかる後に、第4図(e)、 (f)と同様に、溝4
に直交する方向の溝を形成しかつこの溝内に絶縁膜25
を埋設する工程を施すことにより、第5図(b)のよう
に、前記溝4内にも絶縁膜25が埋設される。After that, as in FIGS. 4(e) and 4(f), the groove 4 is
A groove is formed in a direction perpendicular to
By performing the step of burying the insulating film 25, the insulating film 25 is also buried in the trench 4, as shown in FIG. 5(b).
次いで、同図< r、 >のように溝4を開口するフォ
トレジスト26を形成し、これをマスクにして等方性エ
ソチンクを施すことにより、溝4内の絶縁膜25のみを
除去する。Next, a photoresist 26 is formed to open the groove 4 as shown in FIG.
その後、同図(d)のように第1多結晶シリコン11g
22及び露呈されたソース領域5表面に第2ゲート酸化
膜8を熱酸化法によって成長させ、続いて化学的気相成
長法によって第2多結晶シリコン膜23を全面に成長さ
せる。この第2多結晶シリコン膜23にはN型不純物を
導入して低抵抗化する。After that, as shown in the same figure (d), the first polycrystalline silicon 11g
A second gate oxide film 8 is grown on 22 and the exposed surface of the source region 5 by thermal oxidation, and then a second polycrystalline silicon film 23 is grown over the entire surface by chemical vapor deposition. N-type impurities are introduced into this second polycrystalline silicon film 23 to lower its resistance.
次いで、フ副I・レジスト27をマスクにしてエツチン
グを行い、同図(e)のように溝4上にのみ第2多結晶
シリコン膜23を残し、コントロールゲー1〜9を形成
する。このコントロールゲート9は紙面と直角な方向に
連続されており、したがってその」二方一部はワード線
10Aとして構成されることになる。Next, etching is performed using the flat I resist 27 as a mask, leaving the second polycrystalline silicon film 23 only on the groove 4, and forming control gates 1 to 9, as shown in FIG. 2(e). This control gate 9 is continuous in a direction perpendicular to the plane of the paper, and therefore, a portion of the two sides thereof is configured as a word line 10A.
以下、第4図と同し工程を施すことにより、同図<r>
のように記ta素子を完成できる。Hereinafter, by performing the same process as in Fig. 4, <r> in the same figure
The above element can be completed as shown below.
本実施例においても前記実施例と同様の効果を得ること
ができる。In this embodiment as well, the same effects as in the previous embodiment can be obtained.
以上説明したように本発明は、半導体基板に形成した溝
の内側面に第1ゲート酸化膜、フローティングゲ−1・
5第2ゲート酸化膜及びコントロールゲートを横方向に
積層して形成するとともに、この溝の底面には基板の埋
込層に接続したソース領域を形成し、かつ溝の上面周囲
にはドレイン領域を形成しているので、各記憶素子にお
りるソースを低抵抗化し、書き込み速度の向上を図ると
共にそのばらつきを防止できる。また、半導体基板上に
はコントロールゲートに繋がるワード”線が突出される
のみであり、層間絶縁膜の平坦化処理における低温化、
短時間化を図り、素子特性への悪影響を防止し、かつ上
層配線の信頼性を向上できる。As explained above, the present invention provides a structure in which a first gate oxide film is formed on the inner surface of a trench formed in a semiconductor substrate.
5. A second gate oxide film and a control gate are laminated laterally, and a source region connected to the buried layer of the substrate is formed at the bottom of the trench, and a drain region is formed around the top of the trench. Because of this, it is possible to lower the resistance of the source that goes into each memory element, improve the writing speed, and prevent variations in the writing speed. In addition, only a word line connected to the control gate is protruded on the semiconductor substrate, and low temperature in the planarization process of the interlayer insulating film is required.
It is possible to shorten the time, prevent adverse effects on device characteristics, and improve the reliability of upper layer wiring.
第1図は本発明の一実施例の平面図、第2図は第1図の
AA線に沿う断面図、第3図は第1図のBB線に沿う断
面図、第4図(a)〜(fτ)は本発明装置の製造方法
を工程順に示す断面図、第5図(a)〜(f)は本発明
装置の変形例の製造方法を工程順に示す断面図、第6図
は従来構造の断面図である。
1・・・シリコン基板、2・・・N型埋込層、3・・・
P型エピタキシャル層、4・・・溝、5・・・ソース領
域、6・・・第1ゲート酸化膜、7・・・フローティン
グゲート、8・・・第2ゲート酸化膜、9・・・コン]
・ロールゲート、10、IOA・・・ワード線、11・
・・保護酸化膜、12・・・ドレイン領域、13・・・
層間絶縁膜、14・・・ディジット線、15・・・コン
タクトホール、20・・・フォトレジスト
結晶シリコン膜、23・・・第2の多結晶シリコン膜、
24・・・溝、25・・・絶縁膜、26.27・・・フ
ォトレジスト、31・・・半導体基板、32・・・第1
ゲート酸化膜、33・・・フローティングゲート、34
・・・第2ゲー]・酸化膜、35・・・コントロールゲ
ート、36・・・ソース領域、37・・・ドレイン領域
、38・・・層間絶縁膜、39・・・ディジット線。
第1図
第2図
ソ・ズ々酔へ
第3図
第6図Fig. 1 is a plan view of an embodiment of the present invention, Fig. 2 is a sectional view taken along line AA in Fig. 1, Fig. 3 is a sectional view taken along line BB in Fig. 1, and Fig. 4(a). -(fτ) are cross-sectional views showing the manufacturing method of the device of the present invention in the order of steps, FIGS. FIG. 3 is a cross-sectional view of the structure. 1... Silicon substrate, 2... N-type buried layer, 3...
P-type epitaxial layer, 4... Groove, 5... Source region, 6... First gate oxide film, 7... Floating gate, 8... Second gate oxide film, 9... Contact ]
・Roll gate, 10, IOA...word line, 11・
...Protective oxide film, 12...Drain region, 13...
Interlayer insulating film, 14... Digit line, 15... Contact hole, 20... Photoresist crystal silicon film, 23... Second polycrystalline silicon film,
24... Groove, 25... Insulating film, 26.27... Photoresist, 31... Semiconductor substrate, 32... First
Gate oxide film, 33...Floating gate, 34
...Second gate] - Oxide film, 35... Control gate, 36... Source region, 37... Drain region, 38... Interlayer insulating film, 39... Digit line. Fig. 1 Fig. 2 Towards So-Zuzu Drunk Fig. 3 Fig. 6
Claims (2)
化膜、フローティングゲート、第2ゲート酸化膜及びコ
ントロールゲートを横方向に積層して形成するとともに
、この溝の底面には基板の埋込層に接続したソース領域
を形成し、かつ溝の上面周囲にはドレイン領域を形成し
て二層ゲート構造のMOS型の記憶素子を構成したこと
を特徴とする半導体記憶装置。(1) A first gate oxide film, a floating gate, a second gate oxide film, and a control gate are laterally stacked on the inner side of a trench formed in a semiconductor substrate, and the bottom of the trench is filled with a substrate. 1. A semiconductor memory device comprising a source region connected to a trench, and a drain region formed around the upper surface of the trench to constitute a MOS type memory element having a two-layer gate structure.
したワード線により相互に接続し、このワード線上に形
成した層間絶縁膜にコンタクトホールを開設し、このコ
ンタクトホールを通してドレインに接続されるディジッ
ト線を前記ワード線と直交する方向に延設してなる特許
請求の範囲第1項記載の半導体記憶装置。(2) The control gates are interconnected by word lines extended on the surface of the semiconductor substrate, contact holes are formed in the interlayer insulating film formed on the word lines, and digit lines are connected to the drains through the contact holes. 2. A semiconductor memory device according to claim 1, wherein said word line extends in a direction perpendicular to said word line.
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