KR940008229B1 - Nonvolatile process compatible with a digital and analog double level metal mos process - Google Patents

Nonvolatile process compatible with a digital and analog double level metal mos process Download PDF

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KR940008229B1
KR940008229B1 KR1019900702517A KR907002517A KR940008229B1 KR 940008229 B1 KR940008229 B1 KR 940008229B1 KR 1019900702517 A KR1019900702517 A KR 1019900702517A KR 907002517 A KR907002517 A KR 907002517A KR 940008229 B1 KR940008229 B1 KR 940008229B1
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에버렛트 셀톤 케이스
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휴우즈 에어크라프트 캄파니
완다 케이. 덴슨-로우
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Abstract

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Description

디지탈 및 아날로그의 이중 레벨 금속 MOS 프로세스와 호환가능한 비휘발성 프로세스 및 비휘발성 트랜지스터 구성물Nonvolatile Process and Nonvolatile Transistor Components Compatible with Digital and Analog Dual Level Metal MOS Processes

이 기술 분야의 숙련자들은 도면과 관련하여 다음의 상세한 설명을 읽음으로써 본 발명의 장점 및 특징을 쉽게 이해할 것이다.Those skilled in the art will readily understand the advantages and features of the present invention by reading the following detailed description in conjunction with the drawings.

제1도는 트랜지스터 구성물을 제조하기 위한 개시된 프로세스에 의해 유효하게 제조될 수 있는 정밀 금속 게이트 캐패시터와 함께 본 발명의 부동 게이트 트랜지스터 구성물을 도시한 개략 단면도이다.1 is a schematic cross-sectional view illustrating the floating gate transistor construction of the present invention with a precision metal gate capacitor that can be effectively manufactured by the disclosed process for fabricating the transistor construction.

제2a도 내지 제2g도는 제1도의 부동 게이트 트랜지스터 구성물 및 정밀 캐패시터를 제조하기 위한 프로세스의 이해를 돕는 개략 단면도이다.2A-2G are schematic cross-sectional views that aid in an understanding of the process for fabricating the floating gate transistor construction and precision capacitor of FIG.

발명의 배경Background of the Invention

본 발명은 일반적으로 금속-산화물-반도체(MOS) 부동 게이트 트랜지스터 구성물에 관한 것으로, 특히 금속 프로그래밍 게이트, 폴리실리콘 액세스 게이트 및 폴리실리콘 부동 게이트를 포함하는 단일 또는 이중 레벨 금속 부동 게이트 트랜지스터 구성물과 또한 이러한 부동 게이트 트랜지스터를 제조하기 위한 프로세스에 관한 것이다.FIELD OF THE INVENTION The present invention relates generally to metal-oxide-semiconductor (MOS) floating gate transistor constructions, and in particular to single or dual level metal floating gate transistor constructions including metal programming gates, polysilicon access gates and polysilicon floating gates. A process for manufacturing a floating gate transistor is disclosed.

부동 게이트 트랜지스터는 회로에 대한 소정의 바이어스 전력없이 "온(ON)"또는 "오프(OFF)"상태를 유지하고자 하는 것이다. 그러므로, 부동 게이트 트랜지스터는 비휘발성 메모리 소자로서 사용됨으로써, 데이타는 온 또는 오프 상태에서 부동 게이트 트랜지스터를 적당하게 프로그래밍함으로써 기억된다. 부동 게이트 트랜지스터의 각각의 상태는 적당한 판독 회로에 의해 감지된다. 부동 게이트 IGFET는 반도체 디바이스의 물리학, 스제, 존 와일리 및 썬즈(Sze, Johe Wiley & Sons), 페이지 550-555, 1969에 기술되어 있다.Floating gate transistors are intended to remain "on" or "off" without any bias power to the circuit. Therefore, the floating gate transistor is used as a nonvolatile memory element so that data is stored by appropriately programming the floating gate transistor in an on or off state. Each state of the floating gate transistor is sensed by an appropriate read circuit. Floating gate IGFETs are described in the physics of semiconductor devices, Sze, Johe Wiley & Sons, pages 550-555, 1969.

공지된 부동 게이트 구성물은 폴리실리콘 부동 게이트 및 부동 게이트 위에 부분적으로 놓여있고 부동 게이트를 지나 연장된 폴리실리콘 제어/액세스 게이트를 포함한다. 이 게이트들은 "폴리실리콘간(interpoly)"산화물 층에 의해 분리된다. 전형적으로, 부동 게이트는 제1폴리실리콘층 프로세스에 의해 형성되고, 제어/액세스 게이트는 제2폴리실리콘층 프로세스에 의해 형성되는데, 또한 이것은 소정의 표준 트랜지스터 게이트(즉, 비부동)를 형성하는데 사용된다.Known floating gate constructions include polysilicon floating gates and polysilicon control / access gates partially overlying and extending beyond the floating gate. These gates are separated by a "interpoly" oxide layer. Typically, the floating gate is formed by a first polysilicon layer process and the control / access gate is formed by a second polysilicon layer process, which is also used to form certain standard transistor gates (ie, non-floating). do.

상술된 구성물에 대해 고려해야할 사항은 고온 산화물 프로세싱이 사용되지 않으면 폴리실리콘간의 산화물이 누출되려고 한다는 것이다. 그렇지만, 이러한 고온 산화물 프로세싱은 부동 게이트 아래의 터널(tunnel) 산화물의 질을 떨어뜨리는 것으로 나타났다. 그러므로, 보존성과 지속성이 상호 보완적으로 이루어져야 한다.Consideration for the above-mentioned constructs is that oxides between polysilicon will leak if hot oxide processing is not used. However, this high temperature oxide processing has been shown to degrade the tunnel oxide below the floating gate. Therefore, conservation and sustainability must be complementary.

상술된 구성물에 대해 고려해야할 다른 사항은 전형적으로 사용되는 제조 프로세싱이 폴리실리콘간의 산화물에 요구되는 두께에 의존하는 표준게이트 산화물 두께를 정한다는 것이다. 박막의 게이트 산화물에 더 진보된 프로세스를 이용하는 데는 어려움이 있을 것이다.Another consideration to be taken of the above-mentioned constructs is that the fabrication processing typically used determines the standard gate oxide thickness depending on the thickness required for the oxide between polysilicones. It will be difficult to use more advanced processes for thin film gate oxides.

다른 공지된 구성물은 게이트의 기능이 반전된 것을 제외하면 상술된 구성물과 유사하다. 즉, 제1폴리실리콘층 게이트는 제어/액세스 게이트로서 사용되고, 제2폴리실리콘층 게이트는 부동 게이트로서 사용된다. 이러한 구성물은 폴리실리콘간의 산화물 형성후에 터널 산화물 형성을 유효하게 허용하므로, 터널 산화물에 손상을 주지않고 양질의 폴리실리콘간의 산화물의 형성을 허용한다. 또한, 이러한 구성물은(터널 산화물과 구별되는) 부동 게이트 아래의 산화물 및 폴리실리콘간의 산화물의 동시 형성을 허용하므로 제어/액세스 게이트와 부동 게이트 사이에 일관성있는 용량성 결합을 제공한다.Other known constructs are similar to the constructs described above except that the gate function is reversed. That is, the first polysilicon layer gate is used as the control / access gate and the second polysilicon layer gate is used as the floating gate. This construction effectively permits tunnel oxide formation after oxide formation between polysilicones, thus allowing the formation of high quality polysilicon oxides without damaging the tunnel oxides. In addition, this construction allows for the simultaneous formation of oxides between the polysilicon and the oxide under the floating gate (distinguishable from the tunnel oxide), thus providing a consistent capacitive coupling between the control / access gate and the floating gate.

그렇지만, 용량성 결합 계수는 제어/액세스 게이트가 제2폴리층 부동 게이트 구성에서의 제어/액세스 게이트를 진 연장되어야 하는 부동 게이트 영역에 용량성으로 결합할 수 없기 때문에 감소된다. 또한, 채널영역(channel region)내의 제어/액세스 게이트의 크기가 필연적으로 감소되어 좁기 때문에, 제어/액세스 게이트는 액세스 시간을 보다 느리게 하는 고저항을 가질 수 있다.However, the capacitive coupling coefficient is reduced because the control / access gate cannot capacitively couple the control / access gate in the second polylayer floating gate configuration to the floating gate region that must be extended. In addition, since the size of the control / access gate in the channel region is inevitably reduced and narrow, the control / access gate can have a high resistance which makes the access time slower.

상술된 공지된 구성물에 대해 고려해야 할 또 다른 사항은 제어 게이트가 액세스 게이트로도 사용되어, 판독 동작을 반복하고 부동 게이트 구성물의 보존성을 감소시킨 후에 부동 게이트의 전하의 손실을 가져온다는 것이다. 또한, 이 구성은 부동 게이트 트랜지스터의 "판독" 상태로 하여금 "오프" 또는 "온"인 대신에 "온"의 여러가지 상이한 상태들을 갖게한다. 정확한 기준 디바이스가 여러가지 상이한 "온"상태를 판독할 수 있도록 요구되는데, 이것은 설계를 복잡하게 한다.Another thing to consider with the above known construction is that the control gate is also used as an access gate, resulting in loss of charge on the floating gate after repeating the read operation and reducing the preservation of the floating gate construction. This configuration also allows the "read" state of the floating gate transistor to have various different states of "on" instead of "off" or "on". Accurate reference devices are required to be able to read several different "on" states, which complicates the design.

발명의 요약Summary of the Invention

그러므로, 부동 게이트와 액세스 게이트 사이의 개선된 용량성 결합 및 개선된 산화물을 갖는 부동 게이트 트랜지스터 구성물을 제공하는 것이 본 발명의 장점이다.Therefore, it is an advantage of the present invention to provide a floating gate transistor construction having improved capacitive coupling and improved oxide between the floating gate and the access gate.

판독 동작 동안에 부동 게이트 전위의 상당한 변화를 방지하는 부동 게이트 트랜지스터 구성물을 제공하는 것이 다른 장점이다.Another advantage is to provide a floating gate transistor construction that prevents significant changes in the floating gate potential during read operations.

감소된 액세스 시간을 갖는 부동 게이트 트랜지스터 구성물을 제공하는 것이 또 다른 장점이다.It is another advantage to provide floating gate transistor constructions with reduced access time.

상술된 장점과 특징 및 다른 장점과 특징은 반도체 기판, 이 기판으로부터 유전적으로 분리된 액세스 게이트, 및 부동 게이트 산화물 영역과 터널 산화물 영역에 의해 기판으로부터 유전적으로 분리된 제1부분 및 액세스 게이트 위에 부분적으로 놓여있고 액세스 게이트로부터 유전적으로 부리된 제2부분을 갖는 부동 게이트를 포함하는 본 발명의 부동 게이트 트랜지스터 구성물에 의해 제공된다. 금속 제어 게이트는 부동 게이트 위에 놓여 있고 부동 게이트로부터 유전적으로 분리된다.The above-described advantages and features and other advantages and features are in part based on the semiconductor substrate, the access gate dielectrically separated from the substrate, and the first portion and dielectrically separated from the substrate by the floating gate oxide and tunnel oxide regions. Provided by a floating gate transistor construction of the present invention that includes a floating gate that lies in place and has a second portion that is genetically isolated from an access gate. The metal control gate overlies the floating gate and is dielectrically separated from the floating gate.

본 발명의 다른 특징은 반도체 기판 위에 게이트 산화물 층을 형성하는 단계, 게이트 산화물층 위에 액세스 게이트를 형성하는 단계, 및 액세스 게이트 위에 폴리실리콘간의 산화물층을 형성하고 이 게이트 산화물에 측방으로 인접한 기판 위에 부동 게이트 산화물층을 형성하는 단계를 포함하는 부동 게이트 트랜지스터를 제조하기 위한 프로세스이다. 터널 산화물 영역이 부동 게이트 산화물층내에 형성되고 나면, 부동 게이트가 폴리실리콘간의 산화물, 부동 게이트 산화물, 및 터널 산화물 위에 형성된다. 산화물층은 부동 게이트위에 형성되고, 금속 제어 게이트는 그위에 형성된다.Other features of the present invention include forming a gate oxide layer over a semiconductor substrate, forming an access gate over the gate oxide layer, and forming an oxide layer between polysilicon over the access gate and floating over the laterally adjacent substrate oxide. A process for fabricating a floating gate transistor comprising forming a gate oxide layer. After the tunnel oxide region is formed in the floating gate oxide layer, a floating gate is formed over the oxide between the polysilicon, the floating gate oxide, and the tunnel oxide. An oxide layer is formed over the floating gate and a metal control gate is formed over it.

상세한 설명details

다음의 상세한 설명 및 여러 형태의 도면에 있어서, 동일 요소에는 동일 참조 번호가 붙혀져 있다.In the following detailed description and various forms of the drawings, like elements are denoted by like reference numerals.

제1도를 참조하면, 실리콘 기판(11)을 포함하는 집적회로(10)의 부분 단면이 개략적으로 도시되어 있는데, 이것은 적당한 도전형으로 이루어질 수 있으며 이 명세서에서는 N형으로 하여 설명하겠다. 실례적인 예가 N-기판(11) 내의 각각의 P-웰(12,14)에 형성된 비휘발성 N-채널 부동 게이트 트랜지스터(20) 및 정밀 캐패시터(30)으로 도시되어 있다. 이해를 용이하게 하기위해, 부동 게이트 트랜지스터 구성물 및 정밀 캐패시터 구성물을 개별적으로 설명하겠다.Referring to FIG. 1, a partial cross section of an integrated circuit 10 including a silicon substrate 11 is schematically illustrated, which may be of any suitable conductivity type and will be described as N type in this specification. An illustrative example is shown with the non-volatile N - channel floating gate transistor 20 and the precision capacitor 30 formed in each of the P - wells 12, 14 in the N - substrate 11. To facilitate understanding, the floating gate transistor construction and the precision capacitor construction will be described separately.

비휘발성 부동 게이트 트랜지스터(20)은 P-웰(12)의 디바이스 영역에 형성된 N+소오스 및 드레인 영역(13)을 포함한다. 필드 산화물 영역(15)는 P-웰(12)의 디바이스 영역을 분리시키고 둘러싼다. 폴리실리콘 액세스 게이트(17)은 P웰 상에 배치된 액세스 게이트 산화물층(19)위에 형성된다. 또한, 표준(즉, 비부동)트랜지스터의 게이트가 폴리실리콘 액세스 게이트(17)을 따라 형성된다는 것을 주지해야 한다.The nonvolatile floating gate transistor 20 includes an N + source and drain region 13 formed in the device region of the P - well 12. The field oxide region 15 separates and surrounds the device region of the P - well 12. A polysilicon access gate 17 is formed over an access gate oxide layer 19 disposed on the P well. It should also be noted that the gate of the standard (ie non-floating) transistor is formed along the polysilicon access gate 17.

부동 게이트 트랜지스터(20)은 전이부(21c)에 의해 접속된 다른 높이의 2개의 부동 게이트부(21a,21b)를 포함하는 폴리실리콘 부동 게이트(21)을 더 포함한다. 부동 게이트부(21a)는 기판(11)상에 형성된 부동 게이트 산화물층(23)위에 배치되고, 부동 게이트부(21b)는 폴리실리콘 액세스 게이트(17)에 최소한 부분적으로 놓이도록 폴리실리콘 액세스 게이트(17)위에 형성된 폴리실리콘간의 산화물층(25) 상에 배치된다. 또한, 전이부(21c)는 폴리실리콘간의 산화물층(25)에 의해 액세스 게이트(17)로부터 분리된다.The floating gate transistor 20 further includes a polysilicon floating gate 21 comprising two floating gate portions 21a, 21b of different heights connected by the transition portion 21c. The floating gate portion 21a is disposed on the floating gate oxide layer 23 formed on the substrate 11, and the floating gate portion 21b is disposed at least partially on the polysilicon access gate 17 so as to at least partially lie therein. 17) on the oxide layer 25 between the polysilicon formed above. In addition, the transition portion 21c is separated from the access gate 17 by the oxide layer 25 between polysilicon.

박막 터널 산화물 영역(24)는 부동 게이트 산화물층(23) 내에 형성되고, 부동 게이트부(21a)의 하향으로의 연장 부분은 터널 산화물 영역(24)위에 배치된다.The thin film tunnel oxide region 24 is formed in the floating gate oxide layer 23, and the downwardly extending portion of the floating gate portion 21a is disposed above the tunnel oxide region 24.

산화물층(27)은 폴리실리콘 부동 게이트(21)상에 형성되고, 선택성 질화물층(29)는 산화물층(27)상에 형성될 수 있다. 금속 제어 게이트(31)은 부동 게이트(21)위에 배치되는데, 예를 들어, 질화물층(29)가 사용되면 질화물층(29)상에 배치되고, 질화물층(29)가 사용되지 않으면 산화물층(27)상에 배치된다. 금속 제어 게이트(31)은 금속 게이트(31)로 향한 개구를 갖는 증착된 인 도핑된 상화물(PVX) 층(34)상에 형성된 패턴된 제1금속화층(32)의 부분으로서 형성된다. 금속 게이트(31)은 제1 및 제2패턴된 금속화층을 분리시키는 금속 사이의 산화물층(37)내에 형성된 비아(via)에 배치된 도전체(35)에 의해 패턴된 제2금속화층(33)에 도전적으로 접속된다. 다른 방법으로, 금속 게이트(31)의 상호 접속은 제1금속화층(32)내에서 이루어질 수 있다.The oxide layer 27 may be formed on the polysilicon floating gate 21, and the selective nitride layer 29 may be formed on the oxide layer 27. The metal control gate 31 is disposed above the floating gate 21, for example, is disposed on the nitride layer 29 if the nitride layer 29 is used, the oxide layer (if the nitride layer 29 is not used) 27). The metal control gate 31 is formed as part of the patterned first metallization layer 32 formed on the deposited phosphorus doped phase (PVX) layer 34 having an opening towards the metal gate 31. The metal gate 31 is patterned with a second metallization layer 33 patterned by a conductor 35 disposed in a via formed in the oxide layer 37 between the metals separating the first and second patterned metallization layers. Is conductively connected. Alternatively, the interconnection of the metal gates 31 can be made in the first metallization layer 32.

정밀 캐패시터(30)을 참조하면, 필드 산화물 영역들(15) 사이의 P-웰(14)내의 N+영역(111)을 포함한다. N+영역(111)은 부동 게이트 트랜지스터(20)의 소오스 및 드레인 영역(13)과 동시에 양호하게 형성되고, 정밀 캐패시터(30)의 하부 플레이트(lower plate)를 포함한다. 캐패시터(30)의 다른 플레이트는 캐패시터 산화물층(115)에 의해 N+영역으로부터 유전적으로 분리되는 금속 캐패시터 게이트(113)이다. 금속 캐패시터 게이트는 패턴된 제1금속화층(32)의 부분으로서 PVX층(34)의 개구를 통해 형성되고, 금속간의 산화물층(37) 내의 비아에 형성된 도전체(117)에 의해 패턴된 제2금속화층(33)에 도전적으로 접속된다.Referring to precision capacitor 30, it includes N + region 111 in P well 14 between field oxide regions 15. The N + region 111 is well formed simultaneously with the source and drain regions 13 of the floating gate transistor 20 and includes a lower plate of the precision capacitor 30. Another plate of capacitor 30 is a metal capacitor gate 113 that is dielectrically separated from the N + region by capacitor oxide layer 115. The metal capacitor gate is formed through the openings in the PVX layer 34 as part of the patterned first metallization layer 32 and is patterned by the conductors 117 formed in the vias in the oxide layer 37 between the metals. It is electrically conductively connected to the metallization layer 33.

상술된 비휘발성 부동 게이트 트랜지스터(20) 및 정밀 캐패시터(30)은 다음의 프로세스 단계에 따라 형성될 수 있다.The nonvolatile floating gate transistor 20 and the precision capacitor 30 described above may be formed according to the following process steps.

게이트 산화물 및 필드 산화물 영역(15)는 적당하게 도핑된 기판에 적당하게 형성된다. 예를 들어, 폴리실리콘의 제1덮개층은 표준 저압 화학적 증기 증착법에 의해 노출된 산화물 표면상에 형성된다. 증착된 폴리실리콘층은, 예를 들어, 이온 주입 또는 확산에 의해 공지된 기술에 따라 인과 같은 적당한 불순물로 도핑된다. 폴리실리콘 액세스 게이트(17)뿐만 아니라 표준 트랜지스터의 게이트는 적당하게패턴된 포토레지스트 마스크에 의해 정해지고, 폴리실리콘층의 불필요한 부분은, 예를 들어, 폴리실리콘 플라즈마 에칭에 의해 에칭된다. 그 다음 노출된 게이트 산화물은 P-웰(12,14)의 비보호 표면을 노출시키기 위해, 예를 들어, 산화물 플라즈마 에칭에 의해 에칭된다. 포토레지스트 후에, 결과적으로 생성되는 구성물은 제2a도에 도시되어 있다.Gate oxide and field oxide regions 15 are suitably formed in a suitably doped substrate. For example, a first cover layer of polysilicon is formed on the exposed oxide surface by standard low pressure chemical vapor deposition. The deposited polysilicon layer is doped with a suitable impurity such as phosphorus, for example, according to known techniques by ion implantation or diffusion. The gates of the standard transistors as well as the polysilicon access gates 17 are determined by a suitably patterned photoresist mask, and unnecessary portions of the polysilicon layer are etched, for example, by polysilicon plasma etching. The exposed gate oxide is then etched, for example by oxide plasma etching, to expose the unprotected surfaces of the P - wells 12, 14. After the photoresist, the resulting composition is shown in Figure 2a.

폴리실리콘간의 산화물(25) 및 부동 게이트 산화물(23)은, 예를 들어, 저누출 산화물을 제공하는 무수 산소(dry oxygen)에서 1050 이상의 비교적 고온에서의 산화에 의해 형성된다. 이 결과적인 구성물은 제2b도에 도시되어 있다.Oxide 25 and floating gate oxide 23 between polysilicones are formed, for example, by oxidation at relatively high temperatures of at least 1050 in dry oxygen providing low leakage oxide. This resulting construct is shown in Figure 2b.

터널 산화물의 영역(24)는 적당하게 패턴된 포토레지스트층에 의해 정해지고, 이러한 포토레지스트 패턴에 의해 노출된 부동 게이트 산화물은, 예를 들어, 플라즈마 에칭이나 습식 에칭에 의해 기판(11)로 에칭된다. 그 다음, 박막 터널 산화물(24)가 증가한다.The region 24 of the tunnel oxide is defined by a suitably patterned photoresist layer, and the floating gate oxide exposed by the photoresist pattern is etched into the substrate 11 by, for example, plasma etching or wet etching. do. Then, the thin film tunnel oxide 24 is increased.

폴리실리콘의 제2덮개층은, 예를 들어, 포준 저압 화학적 증기 증착법에 의해 노출된 산화물 표면상에 형성된다. 증착된 폴리실리콘층은 이온 주입에 따라 인과 같은 적당한 불순물로 도핑된다. 그 다음, 도핑된 폴리실리콘층은 산화물 박막층을 형성하도록 산화된다.A second cover layer of polysilicon is formed on the exposed oxide surface, for example, by canoned low pressure chemical vapor deposition. The deposited polysilicon layer is doped with a suitable impurity such as phosphorus upon ion implantation. The doped polysilicon layer is then oxidized to form an oxide thin film layer.

폴리실리콘 부동 게이트(21) 위에 있는 질화물층(29)가 사용된다면, 실리콘 질화물 덮개층은, 예를 들어, 표준 저압 화학적 증기 증착법에 의해 산화물 박막 층상에 증착된다.If a nitride layer 29 over the polysilicon floating gate 21 is used, the silicon nitride cover layer is deposited on the oxide thin film layer, for example, by standard low pressure chemical vapor deposition.

그 다음, 부동 게이트 영역은 적당하게 패턴된 포토레지스트 마스크에 의해 정해지고, (질화물층이 사용된다면) 질화물층 및 제2폴리실리콘층 위의 산화물은, 예를 들어, 질화물/산화물 플라즈마 에칭에 의해 에칭된다. 그 다음, 제2폴리실리콘층은 부동 게이트(21)을 형성하도록, 예를 들어, 폴리실리콘 플라즈마 에칭에 의해 에칭된다. 결과적으로 생긴 에칭된 구성물은 제2c도에 도시되어 있다.The floating gate region is then defined by a suitably patterned photoresist mask, and the oxide on the nitride layer and the second polysilicon layer (if a nitride layer is used), for example, by nitride / oxide plasma etching. Is etched. The second polysilicon layer is then etched, for example by polysilicon plasma etching, to form the floating gate 21. The resulting etched construct is shown in FIG. 2C.

그 다음, 부동 게이트 트랜지스터의 소오스 및 드레인 영역(13) 및 정밀 캐패시터의 하부 캐패시터 플레이트(111)이, 예를 들어, 공지된 기술에 따라 인 이온 주입에 의해 이루지는데 그 구조물은 제4d도에 개략적으로 도시되어 있다.Then, the source and drain regions 13 of the floating gate transistor and the lower capacitor plate 111 of the precision capacitor are formed, for example, by phosphorus ion implantation in accordance with known techniques, the structure of which is shown in FIG. Is shown.

인 도핑 산화물(PVX)의 덮개층은 예를 들어 저압 저온 화학적 증기 증착법에 의해 웨이퍼의 노출된 표면 상에 증착된다. 접촉을 위한 개구, 부동 게이트 트랜지스터의 금속 제어 게이트(31), 및 정밀 캐패시터의 금속 게이트(113)은 적당하게 패턴된 포토마스크에 의해 정해지고, 예를 들어, 이것은 금속 제어 게이트(31)로 하여금 관련된 폴리실리콘 부동 게이트(21)을 중첩시키도록 하기 위해 패턴될 수 있다. 즉, 금속 제어 게이트(31)은 질화물 영역(29)위에 있는 것으로 국한되는 것은 아니다. 관련된 폴리실리콘 부동 게이트(21)을 중첩시키는 금속 제어 게이트(31)에 개구가 있으면, 부동 게이트(21)의 소정의 엣지(edge) 부분은 에칭될 때 노출될 수 있다. 그 다음, 웨이퍼는, 예를 들어, 플라즈마 에칭에 의해 이러한 개구를 만들기 위해 에칭된다. 특히, PVX는 정밀 캐패시터 영역 내의 실리콘 기판, 질화물층(29), 및 부동 게이트 트랜지스터 영역 내의 질화물에 의해 보호되지 않는 폴리실리콘 액세스 게이트(17) 부분까지 에칭된다. 포토레지스트의 제거 후에 결과적으로 생긴 구성물은 제2e도에 개략적으로 도시되어 있다.An overlying layer of phosphorus doped oxide (PVX) is deposited on the exposed surface of the wafer, for example by low pressure low temperature chemical vapor deposition. The opening for contact, the metal control gate 31 of the floating gate transistor, and the metal gate 113 of the precision capacitor are defined by a suitably patterned photomask, which, for example, causes the metal control gate 31 to It can be patterned to overlap the associated polysilicon floating gate 21. That is, the metal control gate 31 is not limited to being on the nitride region 29. If there is an opening in the metal control gate 31 that overlaps the associated polysilicon floating gate 21, certain edge portions of the floating gate 21 may be exposed when etched. The wafer is then etched to make this opening, for example, by plasma etching. In particular, PVX is etched up to the silicon substrate in the precision capacitor region, the nitride layer 29, and the portion of the polysilicon access gate 17 that is not protected by nitride in the floating gate transistor region. The resulting composition after removal of the photoresist is shown schematically in FIG. 2E.

에칭된 PVX는 재순환되고, 동시에 소정의 정밀 캐패시터의 캐패시터 산화물(115)가 재순환 동안에 산화에 의해 증가된다. 또한, 재순환 동안에 폴리실리콘 부동 게이트(21)의 소정의 노출된 엣지 및 액세스 게이트(17)의 노출된 영역은 산화된다. 이 결과적으로 생긴 구성물은 제2f도에 개략적으로 도시되어 있다.The etched PVX is recycled and at the same time the capacitor oxide 115 of the given precision capacitor is increased by oxidation during the recycle. In addition, some exposed edges of the polysilicon floating gate 21 and exposed regions of the access gate 17 are oxidized during recycling. This resulting construction is schematically illustrated in FIG. 2F.

PVX 재순환 후에, 금속화 덮개층은, 예를 들어, 스퍼터링(sputtering)에 의해 재순환의 에칭된 PVX(34)에 인가된다. 부동 게이트 트랜지스터의 금속 제어 게이트(31) 및 정밀 캐패시터의 금속 게이트(113)을 포함하는 제1금속화층(32)의 원하는 패턴은 금속화층 상에 형성된 적당하게 패턴된 포토레지스트 마스크에 의해 정해진다. 금속 제어 게이트(31)은 최대 용량성 결합을 제공하기 위해 관련된 부동 게이트(21)을 중첩시키도록 패턴될 수 있다. 그 다음, 금속화층은 불필요한 금속화를 제거하기 위해 포토레지스트 마스크 및 에칭 프로세싱으로 처리된다. 포토레지스트의 제거 후 결과적으로 생긴 구성물은 제2g도에 개략적으로 도시되어 있다.After the PVX recycle, the metallization cover layer is applied to the recycled etched PVX 34 by, for example, sputtering. The desired pattern of the first metallization layer 32 comprising the metal control gate 31 of the floating gate transistor and the metal gate 113 of the precision capacitor is determined by a suitably patterned photoresist mask formed on the metallization layer. The metal control gate 31 can be patterned to overlap the associated floating gate 21 to provide maximum capacitive coupling. The metallization layer is then subjected to photoresist mask and etching processing to remove unnecessary metallization. The resulting composition after removal of the photoresist is shown schematically in FIG. 2G.

제1금속화층의 에칭 후에 산화물 덮개층은 금속간의 산화물층(37)을 형성하도록 패턴된 제1금속화층 상에 증착된다. 원하는 경우에 제1금속화층(32)에 형성되는 금속 제어 게이트(31)에 대한 비아 개구를 포함하는 비아 개구의 위치는 산화물층 상에 형성된 적당하게 패턴된 포토레지스트에 의해 정해진다. 산화물 층은, 예를 들어, 산화물 플라즈마에 의해 에칭된다.After etching the first metallization layer, an oxide capping layer is deposited on the patterned first metallization layer to form an intermetallic oxide layer 37. If desired, the position of the via opening, including via openings for the metal control gate 31 formed in the first metallization layer 32, is determined by a suitably patterned photoresist formed on the oxide layer. The oxide layer is etched by, for example, an oxide plasma.

그 다음, 금속화 덮개층은, 예를 들어, 제2금속화층(33)을 형성하고, 비아 개구를 채우도록 스퍼터링에 의해 인가된다. 제2금속화층(33)은 포토레지스트 마스킹 및 에칭에 따라 패턴되고, 소정의 메모리 구현의 경우에 제1금속화층(32)내에 형성되는 소오스 및 드레인 선으로 인해 발생가능한 간섭을 방지하는 금속 제어 게이트(31)의 상호접속을 포함할 수 있다. 포토레지스트의 제거 후의 이 결과적인 구성물은 제1도에 개략적으로 도시되어 있다.The metallization cover layer is then applied by sputtering, for example, to form the second metallization layer 33 and to fill the via openings. The second metallization layer 33 is patterned according to photoresist masking and etching, and prevents possible interference due to source and drain lines formed in the first metallization layer 32 in some memory implementations. And interconnection of (31). This resulting construct after removal of the photoresist is shown schematically in FIG.

금속 제어 게이트(31)의 상호 접속도 제1금속화층(32)에서 제공될 수 있다는 것을 주지해야 한다. 또한, 상술된 디바이스는 단일 금속층 프로세싱에 의해 구현될 수있다.It should be noted that the interconnection of the metal control gate 31 may also be provided in the first metallization layer 32. In addition, the device described above can be implemented by single metal layer processing.

상술된 것은 N+채널 디바이스에 관한 것이었지만, 개시된 구성물 및 프로세스는 P-채널 디바이스로 구현될 수 있으며, 또한 N+채널 디바이스 및 P-채널 디바이스를 모두 포함하는 CMOS 프로세스로 구현될 수 있다는 것은 이 기술 분야에 숙련된 자에 의해 쉽게 이해될 것이다.The above-described, but it is on the N + channel devices, components and processes disclosed is P - can be implemented in a channel device, and N + channel device and a P - It may be implemented with a CMOS process, including both the channel device is It will be easily understood by those skilled in the art.

상술된 것이 트랜지스터 영역내의 부동 게이트 트랜지스터의 형성에 관한 것이었지만, 폴리실리콘 플레이트 또는 금속 및 폴리실리콘 플레이트를 갖는 2-단자의 캐패시터가 형성될 수 있다는 것을 주지해야 한다. 특히, 폴리실리콘 액세스 게이트 및 (이 구성에서는 부동하지 않는) 관련된 "부동 게이트"는 제1금속화층 내에 적당한 비아 개구 및 접속을 갖는 캐패시터를 형성한다. 또한 금속 게이트 및 관련된 "부동 게이트"는 제1 및 제2금속화층 내에 "부동 게이트"로의 적당한 비아 개구 및 접속을 갖는 캐패시터를 형성할 수 있다. 이러한 금속/폴리실리콘 캐패시터는 단위 면적당 높은 캐패시턴스를 제공한다.Although what has been described above relates to the formation of floating gate transistors in the transistor region, it should be noted that polysilicon plates or two-terminal capacitors having metal and polysilicon plates may be formed. In particular, the polysilicon access gates and associated "floating gates" (which do not float in this configuration) form capacitors with suitable via openings and connections in the first metallization layer. The metal gate and associated "floating gate" may also form a capacitor with appropriate via openings and connections to the "floating gate" in the first and second metallization layers. Such metal / polysilicon capacitors provide high capacitance per unit area.

또한, 예를 들어, 원하는 경우에 기준 트랜지스터를 포함하는 특수화된 트랜지스터를 형성하기 위해 금속 접촉이 다른 "부동 게이트"에 제공될 수 있다.In addition, metal contacts may be provided to other “floating gates”, for example, to form specialized transistors that include reference transistors, if desired.

최적화된 터널 산화물과 함께 저 누출 폴리실리콘간의 산화물 및 부동 게이트 산화물을 갖는 비휘발성 부동 게이트 트랜지스터의 설명이 상술되었는데, 이것은 신뢰할 수 있는 보존성 및 높은 지속 주기를 제공한다. 또한, 표준(비부동)게이트 산화물의 두께는 폴리실리콘간의 산화물 및 부동 게이트 산화물의 두께에 좌우되지 않는데, 이것은 개량된 보다 얇은 비부동 게이트 산화물 프로세싱을 이용할 수 있게 한다. 또한, 개시된 부동 게이트 트랜지스터는 제어 게이트에서부터 부동 게이트까지의 고 결합 계수를 제공하고, 이것은 프로그램가능한 저 전압을 허용한다.The description of non-volatile floating gate transistors with low-leakage polysilicon oxides and floating gate oxides with optimized tunnel oxides has been described above, which provides reliable retention and high duration. In addition, the thickness of the standard (non-floating) gate oxide does not depend on the thickness of the oxide and the floating gate oxide between polysilicon, which makes it possible to use improved thinner non-floating gate oxide processing. The disclosed floating gate transistor also provides a high coupling coefficient from the control gate to the floating gate, which allows for a programmable low voltage.

별도의 제어 게이트 및 액세스 게이트는 유효하게 제공되는데, 이것은 "판독 방해"영향(즉, 많은 판독 동작의 결과로서 부동 게이트 상에 저장된 전하의 손실)을 제거하고, (예를 들어, 기준 셀이 없는)보다 간단한 감지 기술을 허용한다. 특히, 금속 게이트는 액세스 게이트가 하이(high)로 펄스되는 판독 동작 동안에 접지될 수 있는데, 이것은 부동 게이트와 관련된 금속 제어 게이트 사이의 높은 캐패시턴스로 인한 부동 게이트 상의 상당한 전압 변화, 및 부동 게이트와 관련된 액세스 게이트 사이의 비교적으로 낮은 캐패시턴스로 인한 부동 게이트 상의 상당한 전압 변화를 방지한다. 부동 게이트 상의 상당한 전압 변화를 방지하는 것은 "판독 방해"영향을 방지한다.Separate control gates and access gates are effectively provided, which eliminates the "read disturb" effect (i.e. loss of charge stored on the floating gate as a result of many read operations) and (e.g., without a reference cell Allows a simpler detection technique. In particular, the metal gate can be grounded during a read operation in which the access gate is pulsed high, which is a significant voltage change on the floating gate due to the high capacitance between the metal control gate and the floating gate, and access associated with the floating gate. This prevents significant voltage changes on the floating gate due to the relatively low capacitance between the gates. Preventing significant voltage changes on the floating gate prevents the "read disturb" effect.

또한, 별도의 제어 게이트 및 액세스 게이트는 프로그래밍에 유효하게 사용된다. 특히, 금속 제어 게이트는 부동 게이트와 금속 게이트 및 액세스 게이트를 포함하는 효과적인 제어 게이트 사이의 캐패시턴스를 증가시키기 위해 프로그래밍 동안에 각각의 폴리실리콘 액세스 게이트에 접속될 수 있다. 보다 높은 캐패시턴스는 보다 높은 결합 계수를 제공하는데, 이것은 보다 낮은 프로그래밍 전압을 필요로 한다.In addition, separate control gates and access gates are effectively used for programming. In particular, the metal control gate can be connected to each polysilicon access gate during programming to increase the capacitance between the floating gate and an effective control gate including the metal gate and the access gate. Higher capacitance provides higher coupling coefficients, which require lower programming voltages.

소정의 메모리 어레이(array) 응용에 있어서, 각각의 행(row)의 제어 게이트 및 액세스 게이트는 영구적으로 접속되고, 개시된 부동 게이트 트랜지스터 구성물은 감소된 액세스 시간을 제공한다는 것을 주지해야 한다. 이러한 응용에 있어서, 주어진 행의 액세스 게이트는 그 행에 있는 모든 부동 게이트 트랜지스터를 가로질러 연장되는 연속적인 폴리실리콘 스트립(strip)을 포함하고, 그 행의 금속 제어 게이트는 금속에 의해 함께 접속된다. 금속 게이트와 폴리실리콘 액세스 게이트 사이의 접속은, 예를 들어, 금속 게이트와 관련된 액세스 게이트 사이의 행을 따라 군데 군데 있는 표준 접점에 의해 이루어질 수 있다. 이러한 구성물은 군데 군데 있는 폴리실리콘의 저항을 효과적으로 떨어뜨리고, 최대 직렬 저항을 훨씬 낮게 만들고, 액세스 시간을 감소시킨다. 부가적으로 또한, 이 구성은 부동 게이트 옆의 2개의 게이트를 모두 갖는 결과로 생기는 고 용량성 결합으로 인한 최저 프로그래밍 전압에 가장 적합하다. 그렇지만, 별도의 제어 게이트 및 액세스 게이트의 장점들은 이 구성에 유효하지 않다는 것을 주지해야 한다.It should be noted that for certain memory array applications, the control gate and access gate of each row are permanently connected and the disclosed floating gate transistor configuration provides reduced access time. In this application, the access gates of a given row include a continuous polysilicon strip extending across all floating gate transistors in that row, and the metal control gates of that row are connected together by metal. The connection between the metal gate and the polysilicon access gate can be made, for example, by standard contacts located along the row between the access gate associated with the metal gate. This construction effectively lowers the resistance of the polysilicon in locations, making the maximum series resistance much lower, and reducing access time. Additionally, this configuration is best suited for the lowest programming voltage due to the high capacitive coupling resulting from having both gates next to the floating gate. However, it should be noted that the advantages of separate control gates and access gates are not valid for this configuration.

개시된 프로세스는 호환가능한 비휘발성 및 아날로그 디바이스 프로세싱을 제공하고, 기존의 CMOS 프로세스와 호환될 수 있다. 이 프로세스는 폴리실리콘층 사이의 보다 양질의 터널 산화물 및 절연 산화물의 생성을 허용한다.The disclosed process provides compatible nonvolatile and analog device processing and can be compatible with existing CMOS processes. This process allows the production of better tunnel oxide and insulating oxide between the polysilicon layers.

본 발명의 특정 실시예의 설명 및 예시가 상술되었지만, 다음의 특허청구의 범위에 의해 한정되는 본 발명의 범위와 원리를 벗어남이 없이 이 기술 분야의 숙련자에 의해 여러가지 수정 및 변경이 이루어질 수 있다.While descriptions and examples of specific embodiments of the present invention have been described above, various modifications and changes may be made by those skilled in the art without departing from the scope and principles of the invention as defined by the following claims.

Claims (7)

반도체 기판, 상기 기판으로부터 유전적으로 분리된 액세스 게이트, 터널 산화물 영역을 포함하는 산화물층에 의해 상기 기판으로부터 유전적으로 분리된 제1부분, 및 상기 액세스 게이트 위에 최소한 부분적으로 놓여있고 상기 액세스 게이트로부터 유전적으로 분리된 제2부분을 갖는 부동 게이트, 및 상기 부동 게이트 위에 놓여있고 상기 부동 게이트로부터 유전적으로 분리된 금속 제어 게이트를 포함하는 것을 특징으로 하는 비휘발성 트랜지스터 구성물.A semiconductor substrate, an access gate dielectrically separated from the substrate, a first portion dielectrically separated from the substrate by an oxide layer comprising a tunnel oxide region, and at least partially overlying and accessing the access gate dielectrically from the access gate A floating gate having a second portion separated, and a metal control gate overlying and floating from the floating gate. 제1항에 있어서, 상기 액세스 게이트가 폴리실리콘층을 포함하는 것을 특징으로 하는 비휘발성 트랜지스터 구성물.The nonvolatile transistor construction of claim 1, wherein the access gate comprises a polysilicon layer. 제2항에 있어서, 상기 부동 게이트가 폴리실리콘층을 포함하는 것을 특징으로 하는 비휘발성 트랜지스터 구성물.3. The non-volatile transistor construction of claim 2 wherein the floating gate comprises a polysilicon layer. 제1항에 있어서, 상기 금속 게이트가 제1금속화 층에서 패턴되는 것을 특징으로 하는 비휘발성 트랜지스터 구성물.The non-volatile transistor construction of claim 1 wherein the metal gate is patterned in the first metallization layer. 제4항에 있어서, 제2금속화층을 더 포함하고, 상기 금속 게이트가 상기 제2금속화층에 도전적으로 접속되는 것을 특징으로 하는 비휘발성 트랜지스터 구성물.5. The nonvolatile transistor construction of claim 4, further comprising a second metallization layer, wherein the metal gate is conductively connected to the second metallization layer. 반도체 기판, 상기 기판으로부터 유전적으로 분리된 폴리실리콘 액세스 게이트, 부동 게이트 산화물층 및 터널 산화물 영역에 의해 상기 기판으로부터 유전적으로 분리된 제1부분, 및 상기 폴리실리콘 액세스 게이트 위에 최소한 부분적으로 놓여있고 상기 폴리실리콘 액세스로부터 유전적으로 분리된 제2부분을 갖는 폴리실리콘 부동 게이트, 및 상기 부동 게이트 위에 놓여있고 상기 부동 게이트로부터 유전적으로 분리된 금속 제어 게이트를 포함하는 것을 특징으로하는 비휘발성 트랜지스터 구성물.A semiconductor substrate, a polysilicon access gate dielectrically separated from the substrate, a first portion dielectrically separated from the substrate by a floating gate oxide layer and a tunnel oxide region, and at least partially overlying the polysilicon access gate And a polysilicon floating gate having a second portion dielectrically isolated from the silicon access, and a metal control gate overlying and floating from the floating gate. 반도체 기판 상에 게이트 산화물층을 형성하는 단계, 상기 게이트 산화물층 상에 폴리실리콘 액세스 게이트를 형성하는 단계, 상기 폴리실리콘 액세스 게이트 위에 폴리실리콘간의 산화물층을 형성하고, 상기 게이트 산화물층에 측방으로 인접하고 터널 산화물 영역을 갖는 부동 게이트 산화물층을 형성하는 단계, 상기 부동 게이트 산화물 위에 배치된 제1부분 및 상기 폴리실리콘간의 산화물 위에 배치된 제2부분을 갖는 폴리실리콘 부동 게이트를 형성하는 단계, 상기 부동 게이트 위에 절연층을 형성하는 단계, 및 상기 부동 게이트 위에 상기 산화물층 상에 금속 게이트를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 비휘발성 트랜지스터 제조 프로세스.Forming a gate oxide layer on the semiconductor substrate, forming a polysilicon access gate on the gate oxide layer, forming an oxide layer between polysilicon on the polysilicon access gate, and laterally adjacent the gate oxide layer And forming a floating gate oxide layer having a tunnel oxide region, forming a polysilicon floating gate having a first portion disposed over the floating gate oxide and a second portion disposed over the oxide between the polysilicon, the floating Forming an insulating layer over the gate, and forming a metal gate over the oxide layer over the floating gate.
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