JPS6352477A - Manufacture of non-volatile semiconductor memory device - Google Patents
Manufacture of non-volatile semiconductor memory deviceInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の目的〕
(産業上の利用分野)
この発明は浮遊ゲートを有する不運発註半導体記憶装置
に関し、特に−記憶単位毎に電気的に書き込み及び消去
が可能な装2に関する。[Detailed Description of the Invention] [Object of the Invention] (Industrial Application Field) The present invention relates to a semiconductor memory device having a floating gate, and particularly to a device in which electrical writing and erasing can be performed for each memory unit. Regarding 2.
(従来の技術)
外部から電気的に絶縁された浮遊ゲート電極中に正おる
いは負の電荷を注入し、絶縁ゲート型(MOS)トラン
ジスタの導電状態を変化させ、その状態の違いにより“
1パまたは“O″の情報を記憶させる不揮発性半導体装
置は既に公知のものとなっている。(Prior art) Positive or negative charge is injected into a floating gate electrode that is electrically insulated from the outside to change the conductive state of an insulated gate type (MOS) transistor.
Nonvolatile semiconductor devices for storing 1P or "O" information are already known.
特に、外部から絶縁された浮遊ゲート電極を有し、更に
浮遊ゲートをおおう様に設けられた制御ゲート電、極を
有する〜103電界効果型トランジスタの記憶素子とこ
の記憶素子のドレインに直列接続された番地選択用の通
常のMOSトランジスタから成る不揮発性メモリセルは
広く知られている。In particular, it has a floating gate electrode insulated from the outside, and further has a control gate electrode and a pole provided so as to cover the floating gate. Nonvolatile memory cells consisting of ordinary MOS transistors for address selection are widely known.
このメモリセルでは、記憶素子のドレインの一部が、ゲ
ート絶縁膜より薄い絶縁膜を介して浮遊ゲートの一部と
重なっており、この薄い絶縁膜中を流れるFOWler
−NOrdheim電流により目込み/消去を行ってい
る。In this memory cell, part of the drain of the storage element overlaps part of the floating gate via an insulating film thinner than the gate insulating film, and the FOWler flowing through this thin insulating film
- Filling/erasing is performed by NOrdheim current.
即ち、書込み時には番地選択用MOSトランジスタ(N
ch Tr、の場合を考える)のゲートに正の高電圧
を印加し、このトランジスタをONにする(この時番地
選択用MOSトランジスタのドレインは接位電位にして
おく)。一方記憶トランジスタの制御ゲートにも番地選
択用トランジスタと同様に高電圧を印加する。この時、
薄い絶縁膜に高電界が加わり、電子がドレインから浮遊
ゲートへ注入される。消去時は、番地選択用MOSトラ
ンジスタのゲート及びドレインに高電圧を印加し、記憶
トランジスタの制御ゲートを接地電圧にする。この時、
番地選択用トランジスタはONとなり、記憶トランジス
タのドレインにも高電圧が加わり、出き込み時とは逆向
きの高電界が薄い絶縁膜に印加され、これにより浮遊ゲ
ートからトレインに電子が流れる。That is, during writing, the address selection MOS transistor (N
A high positive voltage is applied to the gate of the channel Tr, and this transistor is turned on (at this time, the drain of the address selection MOS transistor is kept at the ground potential). On the other hand, a high voltage is applied to the control gate of the storage transistor as well as to the address selection transistor. At this time,
A high electric field is applied to the thin insulating film, and electrons are injected from the drain to the floating gate. During erasing, a high voltage is applied to the gate and drain of the address selection MOS transistor, and the control gate of the storage transistor is set to the ground voltage. At this time,
The address selection transistor is turned on, a high voltage is also applied to the drain of the storage transistor, and a high electric field in the opposite direction to the input and output is applied to the thin insulating film, causing electrons to flow from the floating gate to the train.
目込み、消去時とも記憶トランジスタのソースはOVで
ある。選択トランジスタのドレインに高電圧が印加され
る消去時には記憶トランジスタの電位を僅かに正電位と
してもよい。読出し時は、両トランジスタのゲート、選
択トランジスタのトレインを正電圧、記憶トランジスタ
のソースをOVとしてコンダクタンスを読み取る。The source of the storage transistor is at OV both during programming and erasing. During erasing in which a high voltage is applied to the drain of the selection transistor, the potential of the storage transistor may be set to a slightly positive potential. When reading, the conductance is read with the gates of both transistors and the train of the selection transistor set to positive voltage, and the source of the storage transistor set to OV.
この様なメモリセルを形成(る方法としては、たとえば
第2図に示す様な方法が知られている。As a method for forming such a memory cell, for example, a method as shown in FIG. 2 is known.
第2図において基板上にゲート絶縁woe、リンドープ
トポリシリコンを順次に形成し、光露光技術を用いて所
望のレジストパターン■を形成する。In FIG. 2, a gate insulator WOE and phosphorus-doped polysilicon are sequentially formed on a substrate, and a desired resist pattern (2) is formed using a light exposure technique.
このレジストパターンをマスクとして前記リンドープト
ポリシリコンをエツチングし、選択トランジスタのゲー
ト(ト)と記憶トランジスタの浮遊ゲート(イ)を形成
する(第2図(a))。Using this resist pattern as a mask, the phosphorus-doped polysilicon is etched to form the gate (T) of the selection transistor and the floating gate (A) of the storage transistor (FIG. 2(a)).
この後、レジストパターンを除去し、熱酸化により、絶
縁膜@を形成した後筒2のリンドープトポリシリコン層
(イ)を形成する。次に、光露光技術を用いてレジスト
パターン(イ)を形成する(第2図(ト))。Thereafter, the resist pattern is removed, and a phosphorus-doped polysilicon layer (a) of the rear cylinder 2 with an insulating film formed thereon is formed by thermal oxidation. Next, a resist pattern (a) is formed using a light exposure technique (FIG. 2 (g)).
その(麦、このレジストパターンをマスクとしてリンド
ープトポリシリコン層をエツチングして記憶トランジス
タの制御ゲート(23)を形成し、レジストを除去した
後は(第2図(C))通常のMOSトランジスタのプロ
セスに従ってメモリセルが完成する。Using this resist pattern as a mask, the phosphorus-doped polysilicon layer is etched to form the control gate (23) of the storage transistor, and after removing the resist (Fig. 2(C)), the phosphorous-doped polysilicon layer is etched. A memory cell is completed according to the process.
しかし前述の製造方法には、次の様な問題点がめった。However, the above manufacturing method has encountered the following problems.
第2のリンドープトポリシリコン層の加工を異方性エツ
チングで行うと選択トランジスタのゲート及び浮遊ゲー
ト側壁に第2のリンドープトポリシリコンが残り(第2
図(c)−(24)参照)、信頼性上問題となる。また
、エツチングを等方性エツチングで行った場合はいわゆ
るサイドエッチを考慮して設計する8毀があり、これは
セルサイズの増大につながっていた。When the second phosphorus-doped polysilicon layer is processed by anisotropic etching, the second phosphorus-doped polysilicon layer remains on the gate of the selection transistor and the sidewalls of the floating gate.
(see Figure (c)-(24)), which poses a problem in terms of reliability. Furthermore, when etching is performed by isotropic etching, there is a problem in designing with so-called side etching in mind, which leads to an increase in cell size.
(発明が解決しようと覆る問題点)
本発明は前記問題点に鑑み、選択ゲート及び浮遊ゲート
側壁にリンドープトポリシリコンのエツチング残りを生
じさせず、したがって信頼性上優れ、かつセルサイズを
増大させる事のないすぐれた不揮発性メモリセルを提供
する事を目的とする。(Problems to be Solved by the Invention) In view of the above-mentioned problems, the present invention does not leave etching residues of phosphorus-doped polysilicon on the sidewalls of the selection gate and floating gate, thus achieving excellent reliability and increasing cell size. The purpose of the present invention is to provide an excellent nonvolatile memory cell with no problems.
(発明の構成〕
(問題点を解決するための手段)
本発明は選択ゲートと浮遊ゲートの間に絶縁物を埋め込
み平坦化する事により、制御ゲートの加工を異方性エツ
チングで行っても選択ゲートと浮遊ゲートの側里にリン
ドープトポリシリコンが残らなくすることで信頼性がす
ぐれ、セルサイズを増大させない不揮発性メモリセルを
提供するものである。(Structure of the Invention) (Means for Solving the Problems) The present invention embeds an insulator between the selection gate and the floating gate to planarize it, so that even if the control gate is processed by anisotropic etching, it can be selected. By eliminating phosphorus-doped polysilicon from remaining on the sides of the gate and floating gate, a nonvolatile memory cell with excellent reliability and no increase in cell size is provided.
(作 用)
本発明を用いる裏により、従来の問題点であった、選択
ゲート及び浮遊ゲート側壁のリンドープトポリシリコン
残りをセルサイズを増大ざぜることなく解決することを
可能にした。(Function) By using the present invention, it has become possible to solve the conventional problem of phosphorous-doped polysilicon remaining on the sidewalls of the selection gate and floating gate without increasing the cell size.
(実施例)
以下本発明の実施例を第1図を参照しながら詳細に説明
する。(Example) Hereinafter, an example of the present invention will be described in detail with reference to FIG.
p型シリコン基板ω上にゲート熱醒化膜■、第1のリン
ドープトポリシリコン層(3)を順次形成し、光露光技
術を用いて所望のレジストパターン←)を形成する(第
1図■)。ここで、ゲート酸化膜■は記憶トランジスタ
のドレイン部で他より薄くされている。この薄い部分全
体をゲート下に位置させ、その下の基板に予め、後工程
でドレイン拡散層と連結されるn+jpを形成しておい
てもよい。On a p-type silicon substrate ω, a gate thermally tempered film ① and a first phosphorus-doped polysilicon layer (3) are formed in sequence, and a desired resist pattern ←) is formed using light exposure technology (Fig. 1 ←). ). Here, the gate oxide film 1 is made thinner at the drain part of the storage transistor than at other parts. This entire thin portion may be located under the gate, and n+jp may be formed in advance on the substrate below it to be connected to the drain diffusion layer in a later process.
また、このようにゲート酸化膜■に局所的に薄い箇所を
設けなくてもメモリ動作は可能である。Furthermore, memory operation is possible even without providing locally thin portions in the gate oxide film (1).
前記レジストパターン(イ)をマスクとしてリアクティ
ブイオンエツチング技術を用いて第1のリンドープトポ
リシリコン層をエツチングする。これにより選択トラン
ジスタのゲート■及び記憶トランジスタの浮遊ゲート(
aが形成される。Using the resist pattern (a) as a mask, the first phosphorus-doped polysilicon layer is etched using reactive ion etching technology. As a result, the gate of the selection transistor and the floating gate of the storage transistor (
a is formed.
次にCVDシリコン酸化膜層■、平坦化用レジスト膜(
8)を順次形成しく第1図(C))、リアクティブイオ
ンエツチング技術により第1のリンドープトポリシリコ
ン層をエツチングした領域にCVDシリコン酸化膜■を
残して表面を平坦化する(第1図1)。Next, a CVD silicon oxide film layer (■) and a planarization resist film (
8) is sequentially formed (Fig. 1(C)), and the surface is planarized by leaving a CVD silicon oxide film 2 in the region where the first phosphorus-doped polysilicon layer has been etched using reactive ion etching technology (Fig. 1(C)). 1).
次にたとえば熱酸化等により浮遊ゲートθ及び選択ゲー
ト■上にシリコン酸化膜(9)を形成した後、第2のリ
ンドープトポリシリコン層(1Φを形成する(第1図(
e))。続いて光露光技術を用いて所望のレジストパタ
ーン(6)を形成した後、リアクティブイオンエツチン
グ技術を用いて第2のリンドープトポリシリコン層をエ
ツチングし制御ゲートQ2)を形成し、一連のゲート部
の加工が終了する(第1図(0)。続いて前記レジスト
パターン■を剥離した俊、通常のMOSトランジスタの
製造工程に従い、イオン注入によりn十型ソース・ドレ
イン領域の形成03)、後酸化O◇、コンタクトホール
開孔、M配線OΦ等を行って、不揮発性メモリセルが完
成する。かかるメモリセルの動作方式は先述したと同様
である。なお、浮遊ゲートと制御ゲートの間に形成する
絶縁膜としては、シリコン酸化膜以外に、たとえばシリ
コン酸化膜−シリコン窒化膜−シリコン酸化膜の三層肴
造必るいは、シリコン酸化膜−シリコン窒化膜の二層溝
造であってもかまわないし、タンタルオキサイド等であ
っても良い。Next, a silicon oxide film (9) is formed on the floating gate θ and the selection gate (2) by thermal oxidation or the like, and then a second phosphorus-doped polysilicon layer (1Φ) is formed (see FIG. 1).
e)). Subsequently, a desired resist pattern (6) is formed using a light exposure technique, and then the second phosphorus-doped polysilicon layer is etched using a reactive ion etching technique to form a control gate Q2). The processing of the area is completed (Fig. 1 (0)). Next, the resist pattern (2) is peeled off, and n+ type source/drain regions are formed by ion implantation according to the normal MOS transistor manufacturing process (03). Oxidation O◇, contact hole opening, M wiring OΦ, etc. are performed to complete the nonvolatile memory cell. The operation method of such a memory cell is the same as described above. In addition to the silicon oxide film, the insulating film formed between the floating gate and the control gate may be made of a three-layer structure of silicon oxide film-silicon nitride film-silicon oxide film, or silicon oxide film-silicon nitride film. The membrane may have a two-layer groove structure, or may be made of tantalum oxide or the like.
また、浮遊ゲートと選択ゲート間に埋め込む絶縁膜とし
てはCVDシリコン酸化膜以外にたとえばプラズマシリ
コン酸化膜等であってもよく、平坦化の方法も平坦化用
レジストを塗布した後リアクティブイオンエツチング技
術でエツチングする方法以外にたとえばバイアススパッ
タ技術を用いて平坦化しても本発明の主旨を逸しない。In addition to the CVD silicon oxide film, the insulating film buried between the floating gate and the selection gate may be a plasma silicon oxide film, etc., and the planarization method is a reactive ion etching technique after applying a planarization resist. In addition to the etching method, for example, a bias sputtering technique may be used for planarization without departing from the spirit of the present invention.
更にゲート材料としてはリンドープトポリシリコン以外
に、たとえばタングステンの様な高融点金屈や、タング
ステンシリサイド、モリブデンシリサイドといった材料
を用いた場合でも本発明は有効でおる。Furthermore, the present invention is effective even when a material other than phosphorus-doped polysilicon is used as the gate material, such as a high melting point metal such as tungsten, tungsten silicide, or molybdenum silicide.
本発明を用いる事により、従来の問題点でめった、選択
ゲート及び浮遊ゲート側壁にυ[御ゲートに用いる導電
性材料のエツチング残りをセルサイズの増大によること
なく防ぐことが可能となった。By using the present invention, it has become possible to prevent etching residues of the conductive material used for the select gate and floating gate sidewalls on the side walls of the select gate and floating gate without increasing the cell size, which was a problem in the prior art.
第1図は本発明の一実施例を示す工程断面図、第2図は
従来方法を用いた場合の実施例を示す工程断面図でおる
。
1・・・p型シリコン基板 2・・・ゲート酸化膜
3・・・第1のリンドープトポリシリコン層4・・・レ
ジストパターン 5・・・選択ゲート6・・・浮遊
ゲート 7・・・CVDシリコン酸化膜8・・・平
坦化用レジスト 9・・・シリコン酸化膜10・・・
第2のリンドープトポリシリコン層11・・・レジスト
パターン 12・・・制御ゲート13・・・ソース
・ドレイン領域
14・・・シリコン酸化膜 15・・・M配線1
6・・・ゲート酸化膜 17・・・レジストパター
ン18・・・選択ゲート 19・・・浮遊ゲ
ート20・・・シリコン酸化膜
21・・・第2のリンドープトポリシリコン、122・
・・レジストパターン 23・・・制御ゲート24
・・・第2のリンドープトポリシリコン層のエツチング
残りの部分
代理人 弁理士 則 近 憲 佑
同 竹 花 喜大男
(a)
Cb)
(C)
第 l 図
(e)
引
第 l 図
(a)
(b)
第 2 図FIG. 1 is a process sectional view showing an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a process sectional view showing an example using a conventional method. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... P-type silicon substrate 2... Gate oxide film 3... First phosphorus doped polysilicon layer 4... Resist pattern 5... Selection gate 6... Floating gate 7... CVD Silicon oxide film 8...Resist for flattening 9...Silicon oxide film 10...
Second phosphorous-doped polysilicon layer 11...Resist pattern 12...Control gate 13...Source/drain region 14...Silicon oxide film 15...M wiring 1
6... Gate oxide film 17... Resist pattern 18... Selection gate 19... Floating gate 20... Silicon oxide film 21... Second phosphorous doped polysilicon, 122...
...Resist pattern 23...Control gate 24
...Participant for the remaining portion of the second phosphorus-doped polysilicon layer after etching Patent attorney Noriyuki Chika Kidaio Takehana (a) Cb) (C) Figure l (e) Figure l (a) ) (b) Figure 2
Claims (1)
成してなる不揮発性半導体メモリ装置であって、各メモ
リセルは半導体基板に互いに隔離して形成されたソース
・及びドレインと、これらソース・ドレイン間のチャネ
ル領域上に絶縁膜を介して形成された浮遊ゲートと、こ
の浮遊ゲートに対して極薄絶縁膜を介して対向し設置さ
れた書替え電極と前記浮遊ゲートに容量結合した1つ以
上の制御ゲートを備え、前記書替え電極と制御ゲートの
電位関係を設定して選択されたメモリセルのみ前記書替
え電極と前記浮遊ゲートの間で前記極薄絶縁膜を介して
なされる電荷の授受により記憶内容の書き替えを行うよ
うにした不揮発性半導体メモリを製造するに際し、前記
浮遊ゲートと前記選択ゲートを形成する工程と、前記浮
遊ゲートと前記選択ゲート間に第1の絶縁膜を埋めこみ
段差を平坦化する工程と、前記浮遊ゲート上に第2の絶
縁膜を介して前記制御ゲートを形成する工程とを備えた
ことを特徴とする不揮発性半導体メモリ装置の製造方法
。A nonvolatile semiconductor memory device in which memory cells having floating gates are integrated on a semiconductor substrate, and each memory cell has a source and a drain formed in isolation from each other on the semiconductor substrate, and a drain between the source and drain. a floating gate formed on the channel region of the floating gate with an insulating film interposed therebetween, a rewrite electrode placed opposite to the floating gate with an extremely thin insulating film interposed therebetween, and one or more controls capacitively coupled to the floating gate. Only a selected memory cell is provided with a gate, and a potential relationship between the rewriting electrode and the control gate is set, and the stored content is changed by transfer of charge between the rewriting electrode and the floating gate via the ultra-thin insulating film. When manufacturing a rewriteable nonvolatile semiconductor memory, the steps include forming the floating gate and the selection gate, and burying a first insulating film between the floating gate and the selection gate to flatten the step. A method for manufacturing a nonvolatile semiconductor memory device, comprising the steps of: forming the control gate on the floating gate via a second insulating film.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP19521486A JPS6352477A (en) | 1986-08-22 | 1986-08-22 | Manufacture of non-volatile semiconductor memory device |
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JPS6352477A true JPS6352477A (en) | 1988-03-05 |
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JP19521486A Pending JPS6352477A (en) | 1986-08-22 | 1986-08-22 | Manufacture of non-volatile semiconductor memory device |
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1986
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