JPS6362382A - 浮遊ゲ−ト型不揮発性半導体記憶装置およびその製造方法 - Google Patents

浮遊ゲ−ト型不揮発性半導体記憶装置およびその製造方法

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JPS6362382A
JPS6362382A JP61208171A JP20817186A JPS6362382A JP S6362382 A JPS6362382 A JP S6362382A JP 61208171 A JP61208171 A JP 61208171A JP 20817186 A JP20817186 A JP 20817186A JP S6362382 A JPS6362382 A JP S6362382A
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JP
Japan
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insulating film
gate
region
floating gate
semiconductor substrate
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Application number
JP61208171A
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English (en)
Inventor
Susumu Hasunuma
蓮沼 晋
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NEC Corp
Original Assignee
NEC Corp
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Publication date
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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

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  • Non-Volatile Memory (AREA)

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は浮遊ゲート型不揮発性半導体記憶装置およびそ
の製造方法に関し、特に一導電型半導体基板上に制御ゲ
ート、浮遊ゲートおよびこの浮遊ゲートに電子をトンネ
ル注入するための半導体基板と逆導電型の不純物拡散領
域とを有する浮遊ゲート型不揮発性半導体記憶装置およ
びその製造方法に関する。
〔従来の技術〕
従来のこの嶺の浮遊ゲート型不揮発性半導体記憶装置の
一例を特開昭58−115865を引用し第6図<a)
、(b)に示す。第6図(a)は不揮発性半導体記憶装
置の平面図、第6図(b)は第6図(a)のA−A’断
面図であり、一導電型半導体基板101、第1の絶縁膜
102、第2の絶縁膜103、浮遊ゲート104、第3
の絶縁rfAI O5、制mケート106、不[ej拡
散JW107′、選択ゲート108とから成る。また、
この浮遊ゲート型不揮発性半導体記憶装置の製造方法を
第7図(a)〜(e)に示す。第7図(a)〜(e)は
主要工程におけるところの第6(a)のA −A ’断
面図に相当する。
まず、第7図(a>に示すように、例えばP型の半導体
基板101上にマスクを施し、イオン注入等によりn+
不純物拡散領域107を形成し、次いで第1の絶縁膜1
02を形成する。次に、第7図(b)に示すように、n
+不純物拡散領域107上の第1の絶縁膜102の一部
を除去して開孔部111を形成する。次に、第7図(c
)に示すように、開孔部111にトンネル電流が流れる
ような薄い第2の絶縁膜103を形成し、さらに浮遊ゲ
ートとなる一層目の多結晶シリコン層104、第3の絶
縁膜105、制御ゲートとなる二層目の多結晶シリコン
層106を順次形成する。しかる後に、第7図(d)に
示すように、選択ゲートならびに制御ゲートのバターニ
ングを行ない、エツチング技術により制御ゲート106
、浮遊ゲート104、選択ゲート108を形成する。次
に、第7図(e)に示すように、選択ゲート108は1
層目の多結晶シリコンと2層目の多結晶シリコンとを自
己整合的にエツチングして形成し、またこれら上下の各
層は適当な埋設された接点により電気的に一体に結合さ
れる。そして、ゲート電極が形成された後に、例えばヒ
素等のイオン注入を行ない、ゲート電極と整合させてソ
ース、ドレイン領域を形成し、上述のn+不純物拡散領
域107と一体化した不純物拡散層107′を得る。
〔発明が解決しようとする問題点〕
以上説明したように、従来の浮遊ゲート型不揮発性半導
体記憶装置の構造ならびに製造方法においては、数多く
の複雑な工程を必要とし、これが工期の長期化につなが
り、また製造コストの低下の妨げともなっていた。また
第7図(d)かられかるように、第2の絶縁膜であるト
ンネル絶縁膜103はn+不純物拡散領域107上に形
成されているが、このn+不純物拡散領域107は制御
ゲート106の外側にまで延在し、後のソース。
ドレイン領域形成によりn+不純物拡散領域107′と
して一体化される必要がある。同時にn+不純物拡散領
域107は隣り合うトランジスタ(メモリトランジスタ
の読出し部および選択用トランジスタ)のチャンネル領
域にまで延在してはいけない。つまりn+不純物拡散領
域107の端部は、メモリトランジスタの読出し部の制
御ゲートおよび選択用トランジスタのゲートとメモリト
ランジスタの書込み部の制御ゲートとの間に位置させな
ければならない。このため、メモリ・セルの設計を行な
う際にメモリ・セルの読出し部の制御ゲート、選択用ト
ランジスタとメモリ・セルの書込み部の制御ゲートとの
距離を単にリソグラフィ技術、エツチング技術等から定
まる最小間隔とすることができず、n+不純物拡散層の
熱処理による横方向への拡散距離あるいはパターニング
の位置合せ精度等も考慮に入れなければならず、メモリ
・セル・サイズの縮小化を妨げる一つの要因ともなって
いた。
本発明の目的はトンネル注入を行なう領域の不純物拡散
領域を画成する工程とトンネル電流を流すための薄い絶
縁膜領域を画成する工程とを同一のパターニングで行な
うことによりパターニング回数を1回削減して工程を簡
略化すると同時に、メモリ・セル・サイズを縮小化して
大容量化を実現しうるメモリトランジスタの構造および
製造方法を提供することにある。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明の第1の発明の浮遊ゲート型不揮発性半導体記憶
装置は、浮遊ゲートに電子をトンネル注入する領域が矩
形形状であり、その相平行する二辺がトンネル絶縁膜下
の不純物拡散領域で整合され他の相平行する二辺が浮遊
ゲートで整合されて決定されかつこのトンネル注入領域
が素子分離絶縁膜の端部を含まないことを特徴とする。
また、本発明の第2の発明の浮遊ゲート型不揮発性半導
体記憶装置の製造方法は、一導電型半導体基板上に第1
の絶縁膜を有する素子領域および素子分離絶縁膜を有す
る素子分離領域を形成する工程と、前記第1の絶縁膜の
一部を除去し、その開孔部の半導体基板表面に半導体基
板と逆導電型の不純物を拡散して選択的に不純物拡散層
を形成し、この開孔部の半導体基板表面に第2の絶縁膜
と形成する工程と、第1の絶縁膜、第2の絶縁膜、素子
分離絶縁膜の上に浮遊ゲートを選択的に形成する工程と
、浮遊ゲート上に第3の絶縁膜を形成する工程と、第3
の絶縁膜を介して浮遊ゲートの少なくとも一部を覆うが
如く制御ゲートを形成する工程とを有することを特徴と
する。
〔実施例〕
次に、本発明の実施例について図面を参照して説明する
。第1図(a)は本発明による浮遊ゲート型不揮発性半
導体記憶装置の一実施例の平面図、第1図(b)は第1
図(a)のA−A’断面図、第1図(C)は第1図(a
)のB−B’断面図である。
第1図(a)に示すように、浮遊ゲート6に電子をトン
ネル注入する領域10は素子分離絶縁膜2の端部を含ま
ず、またこの領域10は不純物拡散領域4と浮遊ゲート
6とで自己整合的に決定されている。第2図(a>、(
b)から第5図(a)、(b)は第1図に示した浮遊ゲ
ート型不揮発性半導体装置の製造方法の主要工程の断面
構造を示すものであり、第2図(a>、(b)から第5
図(a)、(b)のそれぞれの(a)、(b)図は第1
図の(b)、(C”)図に対応する断面図である。
まず、第2図(a>、(b)に示すように、第1の絶縁
膜3を有する素子領域および素子分離絶縁膜2を有する
素子分離領域を従来のLOCO3法により形成する。次
に、第3図(a)、(b)に示すように、フォトレジス
ト21をマスクとして第1の絶縁膜3の一部を除去し、
その開孔部の半導体基板表面に基板とは逆導電型の不純
物拡散領域4を形成する。この方法としてはフォトレジ
スト21をマスクとしてヒ素のイオン注入を行なった後
、第1の絶縁膜3を除去してからフォトレジスト21を
除去する方法、あるいはフォトレジスト21をマスクと
して第1の絶縁膜3を除去し、フォトレジスト21を除
去した後、ヒ素硅酸ガラス等を気相成長法等により堆積
し熱処理を施すことによって基板表面に不純物を拡散し
、しかる後に熱酸化膜とヒ素硅酸ガラスとエツチング速
度が大きく異なる希釈フッ酸等によりヒ素硅酸ガラスの
みを除去する方法等がある。
続いて、第4図(a)、(b)に示すように、不純物拡
散層4の上の半導体基板表面にトンネル電流を流すため
の薄い第2の絶縁膜5を形成し、さらに浮遊ゲートとな
る1層目の多結晶シリコン層6、第3の絶縁膜7、制御
ゲートとなる2層目の多結晶シリコン層8を順次形成す
る。このとき、先の従来例と同様に選択ゲート8′を形
成する領域では1層目の多結晶シリコン層と2層目の多
結晶シリコン層とを電気的に接続するための適当な埋設
された接点を設けておく必要がある。
次に、第5図(a)、(b)に示すように選択ゲート8
′および制御ゲート8のパターニングを行ない、2層目
の多結晶シリコン層8、第3の絶縁膜7.1層目の多結
晶シリコン層6、第2の絶縁膜3を順次エツチング除去
し、ゲート電極に整合させてソース、ドレイン領域9を
形成する。
このソース、ドレイン領域つと上記の不純物拡散領域4
とは第1図(a)に示されるところの不純物拡散領域4
のうち、トンネル注入領域10以外の部分においてつな
がれることになる。
また、トンネル注入領域10は以上説明したように不純
物拡散領域4と浮遊ゲート6とで自己整合的に決定され
るため、トンネル注入領域部分の浮遊ゲート6を素子分
離絶縁膜2の端部に触れないように設置することにより
、電流ストレスに対して耐性の低い素子分離絶縁膜の端
部をトンネル注入領域が含まないようにすることが可能
となる。
さらに、第5図(a>かられかるように、不純物拡散層
4はトンネル絶縁膜5の下に形成され制御ゲート8の外
部にまで延在させる必要がないため、従来例とは異なり
制御ゲート8と選択ゲート8′とのパターン上の距離を
リソグラフィ技術。
エツチング技術等から定まる最小間隔にまで短くするこ
とが可能となる。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明ではトンネル注入を行なう領
域の不純物拡散領域を画成する工程とトンネル電流を流
すための薄い絶縁膜領域を画成する工程とを同一のバタ
ーニングで行なうことによりバターニング回数を1回削
減して工程を簡略化することが可能となる。
また、これと同時に不純物拡散層はトンネル絶縁fl!
(第2の絶縁膜)の下に形成されているので、メモリト
ランジスタの制御ゲートと選択トランジスタのゲートと
のパターン上の距離をリングラフィ技術、エツチング技
術等から定まる最小間隔にまで短くすることが可能とな
り、メモリ・セル・サイズの縮小化、メモリ・セルの大
容量化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)〜(c)は本発明の第1の発明の一実施例
の浮遊ゲート型不揮発性半導体記憶装置の平面図および
A−A’並びにB−B’の断面図、第2図(a)、(b
)がら第5図(a)。 (b)は本発明の第2の発明の一実施例を説明するため
に工程順に示した第1図(a)〜(C)に示した浮遊ゲ
ート型不揮発性半導体記憶装置のペレットの断面図、第
6図(a>、(b)は従来の浮遊ゲート型不揮発性半導
体装置の一例の平面図およびそのA−A’の断面図、第
7図(a)〜(e)は第6図(a)、(b)に示した従
来例の製造方法を説明するために工程順に示したベレッ
トの断面図である。 1.101・・・半導体基板、2・・・素子分離絶縁膜
、3,102・・・第1の(ゲート)絶縁膜、4゜9.
101,107’・・・不純物拡散領域、5,103・
・・第2のくゲート)絶縁膜、6,104・・・浮遊ゲ
ート、7,105・・・第3の(ゲート)絶縁膜、8,
106・・・制御ゲート、10・・・トンネル注入領域
、6’ 、8’ 、108・・・選択ゲート、21・・
・ホトレジスト。 茅 / 凹 濠 2T!i!J # 3  m 井 4Wi 薯 g 遠 LA・ bl ギ   乙   外] 第 7 図

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)一導電型半導体基板表面に設けられた該半導体基
    板と逆導電のソースおよびドレイン領域と、該ソースお
    よびドレインの両領域間の前記半導体基板上に第1のゲ
    ート絶縁膜を介して設けられかつ前記ドレイン領域の少
    なくとも一部の領域で薄い第2のゲート絶縁膜を介して
    該ドレイン領域と対向するが如く形成された浮遊ゲート
    と、該浮遊ゲート上に第3のゲート絶縁膜を介して形成
    された制御ゲートとを有する不揮発性半導体記憶装置に
    おいて、前記第2のゲート絶縁膜領域が矩形形状であり
    その相平行する二辺が前記第2のゲート絶縁膜下のドレ
    イン領域で整合され他の相平行する二辺が前記浮遊ゲー
    トで整合されて決定されかつ前記第2のゲート絶縁膜が
    素子分離絶縁膜と接しないことを特徴とする浮遊ゲート
    型不揮発性半導体記憶装置。
  2. (2)一導電型半導体基板に第1のゲート絶縁膜を有す
    る素子領域および素子分離絶縁膜を有する素子分離領域
    を形成する工程と、前記第1のゲート絶縁膜の一部を選
    択的に除去し、その開孔部の前記半導体基板表面に前記
    半導体基板と逆導電型の不純物を拡散して選択的に不純
    物拡散層を形成し、該開孔部の半導体基板表面に第2の
    絶縁膜を形成する工程と、前記第1の絶前膜と前記第2
    の絶前膜と前記素子分離絶縁膜とにわたつて浮遊ゲート
    を選択的に形成する工程と、前記浮遊ゲート上に第3の
    絶縁膜を形成する工程と、前記第3の絶縁膜を介して前
    記浮遊ゲートの少なくとも一部を覆うが如く制御ゲート
    を形成する工程とを有することを特徴とする浮遊ゲート
    型不揮発性半導体記憶装置の製造方法。
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