JPS6266681A - 半導体メモリセルおよびその製造方法 - Google Patents

半導体メモリセルおよびその製造方法

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JPS6266681A
JPS6266681A JP60207501A JP20750185A JPS6266681A JP S6266681 A JPS6266681 A JP S6266681A JP 60207501 A JP60207501 A JP 60207501A JP 20750185 A JP20750185 A JP 20750185A JP S6266681 A JPS6266681 A JP S6266681A
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JP
Japan
Prior art keywords
layer
substrate
gate
semiconductor substrate
insulating layer
Prior art date
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Application number
JP60207501A
Other languages
English (en)
Inventor
Hiroshi Goto
寛 後藤
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Fujitsu Ltd
Original Assignee
Fujitsu Ltd
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Publication date
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Publication of JPS6266681A publication Critical patent/JPS6266681A/ja
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    • 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

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】 〔概要〕 EFROM (Erasable Programab
le Read 0nly Mem−ory)セルのコ
ントロールゲートとフローティングゲートをゲート絶縁
層上に横に配設して基板の平坦化をはかり、さらにフロ
ーティングゲートをコントロールゲートの両側に配設し
て多値記憶型のメモリセルを提起する。
〔産業上の利用分野〕
本発明はEFROMセルのゲート構造を改良した半導体
メモリセルおよびその製造方法に関する。
従来のII!FROMIIの構造においては、コントロ
ールゲートとフローティングゲートは基板上に縦:  
 ′″“v′g″、1m ’)2 jf)’f −r 
+*fl’Jfニアに8 L!、     #0.9″
°′″b#、u%・“II(E(M、=i”la”望ま
れていた。
・;、        また、従来のII!PRO?I
セルは2値型の記憶素子であり、多値記憶はできなかっ
た。
〔従来の技術〕
第5図(1)、(2)はそれぞれ従来例によるI!FR
OMセルの構造を説明する断面図、平面図である。
第5図(1)において、51は半導体基板でp型珪素(
p−Si)基板を用い、この上にゲート絶縁層として厚
さ500人の二酸化珪素(Sing)層52を介してフ
ローティングゲート(FG)として厚さ約4000人の
多結晶珪素(ポリSt)層53、さらに厚さ500人の
Si0g層54を介してコントロールゲート(CG)と
して厚さ41.      約4000人のポリSi層
55が順次縦方向に配設されて□ いる。
半導体基板51には、ゲートの両側にn型不純物が導入
されてソース、ドレイン領域511.512が形成され
て°いる。
第5図(2)において、表示の便宜上、フローティング
ゲート53の幅はコントロールゲート55の幅より小さ
くして表している。
WLはワード線で、コントロールゲートを兼ねるポリS
i層で形成されている。
BLはビット線で、ワード線に直角に配線されたアルミ
ニウム(AI)層を模式的に表し、ドレイン領域512
と接続されている。
GNDは接地線で、ソース領域511に接続し、ワード
線に平行に形成された、基板内への不純物導入層により
形成されている。
書込は、選択されたメモリセルに接続するビット線に7
〜10v、ワード線に5〜20V印加することにより行
う。
書込電圧により、ソースよりドレインに向かって走行す
る電子はドレイン近傍の高電界により加速されて散乱し
フローティングゲート53に蓄積さ・・       
れる。
゛・1 、□)    ”l!B1.ti!!IRcslttf
si:e“7″ゝ[Etawyt−:      線に
I V、ワード線に3〜5v印加することによ1   
    り行う。
1       )0−ティ′り゛ゲート53に電荷力
゛蓄積されてパ□ )       る、書き込まれたメモリセルのワード
線(コントi       o−nt)7”−)55よ
電圧を印加し、もツー8、ド・−°1 、・、1      レイン間は導通しない。
□L □       〔発明が解決しようとする問題点〕:
□       従来構造のHFROMセルでは、□゛
′       ゲート電極が高(なり、基板の平坦化
をはかることは難しい。従ってデバイスの高集積化、微
細□       化工程の実現は困難となる。
□パ        さらに、多値記憶型のメモリセル
の形成はでき□ン       ない。
□、 ゛       〔問題点を解決するための手段〕:′ ]−上記問題点の解決は、半導体基板(1)上に絶縁層
(2)を介して横方向にコントロールゲート電極(3)
と、1個以上のフローティングゲート電極(5八)、も
しくは(5A)、(5B)とを配設し、該半導体基+)
7i(1)の前記ゲート電極の両側に該半導体基板(1
)と反対の導電型を有するソース、ドレイン領域(11
)、(12)を形成し、該コントロールゲート電極(3
)をワード線(すし)とし、ソース、ドレイン領域(1
1)、(12)をそれぞれ接地(GND) 、ビット線
(BL)に接続してなる本発明による半導体メモリセル
、および半導体基板(1)上に第1の絶縁層(2)を介
してバターニングされた第1の導電Ji (3)を形成
し、該第1の導電層(3)を覆って第2の絶縁層(4)
を介して第2の導電層(5)を被着し、垂直方向に優勢
な異方性エツチングにより第2の導電層(5)よりなる
側壁(5A)、(5B)を形成し、 片方の該側壁(5B)を除去、もしくはそのままにして
該第1の導電層、および側壁よりなる凸部の両側に該半
導体基板(1)と反対の導電型不純物を導入する 工程を含む本発明による半導体メモリセルの製造方法に
より達成される。
〔作用〕
本発明は、書込動作、すなわらフローティングゲートへ
の電荷の蓄積は電界の大きいドレイン近傍において行わ
れることに着目し、ドレインに接近してフローティング
ゲートを、ソース側にコン。
トロールゲートを並べて形成することにより、メモリ動
作に支障をきたすことなく EPROMを形成するもの
である。
さらに、コントロールゲートの両側にフローティングゲ
ートを設け、ソース、ドレインに印加する電圧の極性を
逆にしてそれぞれのフローティングゲートに電荷を蓄積
する場合と、いずれか1個のフローティングゲートに電
荷を蓄積する場合と、両方のフローティングゲートのい
ずれにも電荷を蓄積しない場合の3値の記憶を行うメモ
リセルを提起する。
〔実施例〕
第1図(1)、(2)はそれぞれ本発明によるEFRO
Mセルの構造を説明する断面図、平面図である。
第1図+11において、1は半導体基板でp−3i基板
を用い、この上にゲート絶縁層として厚さ500人のS
iO□層2を介して、コントロールゲート(CG) 、
、!:して厚さ4000〜5000人のポリSi層3と
、厚さ500人の5iOz層4を挟んでフローティング
ゲート(IiG)として厚さ4000〜5000人のポ
リ5i155Aとが横方向に配役されている。
p−5t基板lには、ゲートの両側にn型不純物が導入
されてソース、ドレイン領域11.12が形成されてい
る。
第1図(2)において、WLはワード線で、コントロー
ルゲートを兼ねるポリSi層で形成されている。
BLは・ビ、ット線で、ワード線に直角に配線されたA
IJiを模式的に表し、ドレイン領域12と接続されて
いる。
GNDは接地線で、ソース領域11に接続し、ワード線
に平行に形成された、基板内への不純物導入層により形
成されている。
書込、読出動作は第5図の従来例と全く同様で以下のよ
うである。
書込は、選択されたメモリセルに接続するビット線に7
〜10v1ワード線に5〜20V印加することにより行
う。
書込電圧により、ソースよりドレインに向かって走行す
る電子はドレイン近傍の高電界により加速されて散乱し
フローティングゲート5^に蓄積される。
続出は、選択されたメモリセルに接続するビット線にI
 V、ワード線に3〜5v印加することにより行う。
フローティングゲー)5Aに電荷が蓄積されている、書
き込まれたメモリセルのワード線(コントロールゲート
3)に電圧を印加してもソ′−ス、ドレイン間は導通し
ない。
第2図は本発明による多値記憶型EFROMセルの構造
を説明する断面図である。
図において、1は半導体基板でp−Si基板を用いて、
この上にゲート絶縁層として厚さ500人の5iOz層
2を介して、コントロールゲート(Cに)として厚さ4
000〜5000人のポリSi層3と、厚さ500人O
5iOz層4を挟んでコントロールゲー) (CG)の
両側にフローティングゲート(FG)として厚さ400
0〜5000人のポリSi層5A、 5Bとが横方向に
配設されている。
p−Si基板には、ゲートの両側にn型不純物が導入さ
れてソース、ドレイン領域11.12が形成されている
書込は、選択されたメモリセルのドレインに7〜10v
、コントロールゲート3に5〜20V印加することによ
りフローティングゲート5Aに記憶を行う゛、つぎにド
レイン電圧の極性を逆にしてフローティングゲート5B
に記憶“を行う。
続出は、セルトランジスタがエンハンスメント型の場合
はしきい値電圧■いで行う。
VLhは両方のフローティングゲートが記憶されない場
合、1個のフローティングゲートが記憶される場合、両
方のフローティングゲートが記憶される場合の順に高く
なる。
また、セルトランジスタがデプレシッン型の場合はドレ
イン電流■。で行う。
Inは両方のフローティングゲートが記憶されない場合
、1個のフローティングゲートが記憶される場合、両方
のフローティングゲートが記憶される場合の順に小さく
なる。
以上により、3値記憶型のメモリセルが得られる。
第3図+1)〜(5)は本発明によるHFROMセルの
製造工程を工程順に説明する断面図である。
第3図(1)において、1は半導体基板でp−5t基板
を用い、この上に第1の絶縁層として熱酸化による厚さ
500人のSi01層2を介して、通常のフォトプロセ
スにより第1の導電層として厚さ4000〜5000人
のポリSi層3を形成し、ポリSi層3を覆って基板全
面に第2の絶縁層として熱酸化による厚さ500人のS
i01層4を被着する。
第3図(2)において、基板全面に第2の導電層として
厚さ4000〜5000人のポリSi層5を被着する。
第3図(3)において、リアクティブイオンエツチング
(RIB)法により、ポリSi層5に垂直方向に優勢な
異方性エツチングを行い、ポリSS層5よ杓なる側壁5
A、5Bを形成する。
第3図(4)において、レジストパターン6をマスクに
して、等方性のドライエツチングにより、一方の側壁5
Bを除去する。
第3図(5)において、熱酸化により側壁5Aの上を覆
って基板全面に厚さ500人のSiO□層7を形成し、
イオン注入によりn型のソース、ドレイン領域11.1
2を形成する。
イオン注入条件は、砒素イオンAs”をエネルギ70K
aV 、ドーズ量5X1Gl′cm−”で注入、アニー
ルは1000℃10分である。
第4図(1)〜(4)は本発明による多値記憶型EPR
Or’1セルの製造工程を工程順に説明する断面図であ
る。
第4図(1)におい−で、1は半導体基板でp−5i基
板を用い、この上に第1の絶縁層として熱酸化による厚
さ500人の5102層2を介して、通常のフォトプロ
セスにより第1の導電層として厚さ4000〜5000
人のポリSi層3を形成し、ポリSi層3を覆って基板
全面に第2の絶縁層として熱酸化による厚さ500人の
SiO□層4を被着する。
第4図(2)において、基板全面に第2の導電層として
厚さ4000〜5000人のポリSi層5を被着する。
第4図(3)において、リアクティブイオンエツチング
(Rlfり法により、ポリSi層5に垂直方向に優勢な
異方性エツチングを行い、ポリSi層5よりなる側壁5
^、5Bを形成する。
第4図(4)において、熱酸化により側壁5Aの上を覆
って基板全面に厚さ500人のSiO□層7を形成し、
イオン注入によりn型のソース、ドレイン領域11.1
2を形成する。
イオン注入条件は、第3図と同様である。
第3図、第4図で主要工程を終わり、この後は通常の工
程により、カバー絶縁層の被着、コンタクト孔の形成、
配線工程を経てメモリセルを完成する。
〔発明の効果〕
以上詳細に説明したように本発明によれば、ゲート電極
の高さが低くなり、基板の平坦化ができ、デバイスの高
集積化、微細化を可能とする。
さらに、多値記憶型のメモリセルの形成ができる。
【図面の簡単な説明】
第1図(1)、(2)はそれぞれ本発明によるEPTI
OMセルの構造を説明する断面図、平面図、 第2図は本発明による多値記憶型HFROMセルの構造
を説明する断面図、 第3図(1)〜(5)は本発明によるHFROMセルの
製造工程を工程順に説明する断面図、 第4図(1)〜(4)は本発明による多値記憶型HFR
OMセルの製造工程を工程順に説明する断面図、第5図
(1)、(2)はそれぞれ従来例によるHFROMセル
の構造を説明する断面図、平面図である。 図において、 1は半導体基板でp−5i基板、 2はゲート絶縁層でsio、N(第1の絶縁層)、3は
コントロールゲート(CG)でポリSi層(第1の導電
層)、。 4は5i(h層(第2の絶縁WI)、 5A、5Bはフローティングゲート(PG)でポリSi
j!iよりなる側壁(第2の導電層)、6はレジストパ
ターン、 7ばSiO□層 (() A−A @面画 (2)平め図 不発明のEPF?OMI tルの#面図と平面図第 1
 図 2  Siθ2 不発明の少1直記J(怠型EPRθMセルの断面図 第 2 図 本発明のEFRolJ117)製造工程を説明する断面
1第 3 図 杢発明の多イ直型EFROMの製造工程を説B月する断
面図 53   5.5 (1)I3−6断面面 (2)手面図

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)半導体基板(1)上に、絶縁層(2)を介して横
    方向にコントロールゲート電極(3)と、1個以上のフ
    ローティングゲート電極(5A)、もしくは(5A)、
    (5B)とを配設し、 該半導体基板(1)の前記ゲート電極の両側に該半導体
    基板(1)と反対の導電型を有するソース、ドレイン領
    域(11)、(12)を形成し、 該コントロールゲート電極(3)をワード線(WL)と
    し、ソース、ドレイン領域(11)、(12)をそれぞ
    れ接地(GND)、ビット線(BL)に接続してなるこ
    とを特徴とする半導体メモリセル。
  2. (2)半導体基板(1)上に第1の絶縁層(2)を介し
    てパターニングされた第1の導電層(3)を形成し、該
    第1の導電層(3)を覆って第2の絶縁層(4)を介し
    て第2の導電層(5)を被着し、垂直方向に優勢な異方
    性エッチングにより第2の導電層(5)よりなる側壁(
    5A)、(5B)を形成し、 片方の該側壁(5B)を除去、もしくはそのままにして
    該第1の導電層、および側壁よりなる凸部の両側に該半
    導体基板(1)と反対の導電型不純物を導入する 工程を含むことを特徴とする半導体メモリセルの製造方
    法。
JP60207501A 1985-09-19 1985-09-19 半導体メモリセルおよびその製造方法 Pending JPS6266681A (ja)

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