JP2000232172A - 不揮発性半導体記憶装置とその製造方法 - Google Patents

不揮発性半導体記憶装置とその製造方法

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JP2000232172A
JP2000232172A JP11032820A JP3282099A JP2000232172A JP 2000232172 A JP2000232172 A JP 2000232172A JP 11032820 A JP11032820 A JP 11032820A JP 3282099 A JP3282099 A JP 3282099A JP 2000232172 A JP2000232172 A JP 2000232172A
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floating gate
gate
forming
control gate
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JP11032820A
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Katsuhiko Kitagawa
勝彦 北川
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Sanyo Electric Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 シリサイドプロセスを採用した不揮発性半導
体記憶装置とその製造方法。 【解決手段】 シリコン基板1上に形成されたフローテ
ィングゲート4と、このフローティングゲート4を被覆
するトンネル酸化膜3と、このトンネル酸化膜3を介し
て前記フローティングゲート4上に重なる領域を持つよ
うに形成されるコントロールゲート66と、前記フロー
ティングゲート4及び前記コントロールゲート66に隣
接する前記シリコン基板1の表面に形成されるN型のソ
ース・ドレイン領域7,8と、層間絶縁膜9を介して前
記ソース・ドレイン領域7,8に接続された金属配線1
0とを備えた不揮発性半導体記憶装置において、前記コ
ントロールゲート66がポリシリコン膜(第2の導電膜
6B)とチタンシリサイド膜33Bとから構成されてい
ることを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、フローティングゲ
ートと、このフローティングゲートを被覆するトンネル
酸化膜を介してフローティングゲートに重なるように形
成されるコントロールゲートとを有する不揮発性半導体
記憶装置とその製造方法に関し、更に言えば、そのよう
な不揮発性半導体記憶装置におけるシリサイドプロセス
の改良技術に関する。
【0002】
【従来の技術】メモリセルが単一のトランジスタからな
る電気的に消去可能な不揮発性半導体記憶装置、特にプ
ログラマブルROM(EEPROM:Electrically Erasable an
d Programmable ROM)においては、フローティングゲー
トとコントロールゲートとを有する2重ゲート構造のト
ランジスタによって各メモリセルが形成される。このよ
うな2重ゲート構造のメモリセルトランジスタの場合、
フローティングゲートのドレイン領域側で発生したホッ
トエレクトロンを加速してフローティングゲートに注入
することでデータの書き込みが行われる。そして、F−
N伝導(Fowler-Nordheim tunnelling)によってフローテ
ィングゲートからコントロールゲートへ電荷を引き抜く
ことでデータの消去が行われる。
【0003】図7はフローティングゲートを有する不揮
発性半導体記憶装置のメモリセル部分の平面図で、図8
はそのX1−X1線の断面図である。この図において
は、コントロールゲートがフローティングゲートと並ん
で配置されるスプリットゲート構造を示している。
【0004】P型のシリコン基板1の表面領域に、LO
COS(Local Oxidation Of Sil icon)法により選択
的に厚く形成されるLOCOS酸化膜よりなる複数の素
子分離膜2が短冊状に形成され、素子領域が区画され
る。シリコン基板1上に、酸化膜3Aを介し、隣り合う
素子分離膜2の間に跨るようにしてフローティングゲー
ト4が配置される。このフローティングゲート4は、1
つのメモリセル毎に独立して配置される。また、フロー
ティングゲート4上の選択酸化膜5は、選択酸化法によ
りフローティングゲート4の中央部で厚く形成され、フ
ローティングゲート4の端部には先鋭な角部が形成され
ている。これにより、データの消去動作時にフローティ
ングゲート4の端部で電界集中が生じ易いようにしてい
る。
【0005】複数のフローティングゲート4が配置され
たシリコン基板1上に、フローティングゲート4の各列
毎に対応して前記酸化膜3Aと一体化されたトンネル酸
化膜3を介してコントロールゲート6が配置される。こ
のコントロールゲート6は、一部がフローティングゲー
ト4上に重なり、残りの部分が酸化膜3Aを介してシリ
コン基板1に接するように配置される。また、これらの
フローティングゲート4及びコントロールゲート6は、
それぞれ隣り合う列が互いに面対称となるように配置さ
れる。
【0006】前記コントロールゲート6の間の基板領域
及びフローティングゲート4の間の基板領域に、N型の
ドレイン領域7及びソース領域8が形成される。ドレイ
ン領域7は、コントロールゲート6の間で素子分離膜2
に囲まれてそれぞれが独立し、ソース領域8は、コント
ロールゲート6の延在する方向に連続する。これらのフ
ローティングゲート4、コントロールゲート6、ドレイ
ン領域7及びソース領域8によりメモリセルトランジス
タが構成される。
【0007】そして、前記コントロールゲート6上に、
層間絶縁膜9を介して、金属配線10がコントロールゲ
ート6と交差する方向に配置される。この金属配線10
は、コンタクトホール11を通して、ドレイン領域7に
接続される。そして、各コントロールゲート6は、ワー
ド線となり、コントロールゲート6と平行に延在するソ
ース領域8は、ソース線となる。また、ドレイン領域7
に接続されるアルミニウム合金等から成る金属配線10
は、ビット線となる。
【0008】このような2重ゲート構造のメモリセルト
ランジスタの場合、フローティングゲート4に注入され
る電荷の量によってソース、ドレイン間のオン抵抗値が
変動する。そこで、フローティングゲート4に選択的に
電荷を注入することにより、特定のメモリセルトランジ
スタのオン抵抗値を変動させ、これによって生じる各メ
モリセルトランジスタの動作特性の差を記憶するデータ
に対応づけるようにしている。
【0009】以上の不揮発性半導体記憶装置におけるデ
ータの書き込み、消去及び読み出しの各動作は、例え
ば、以下のようにして行われる。書き込み動作において
は、コントロールゲート6の電位を2V、ドレイン領域
7の電位を0.5V、ソース領域8の高電位を12Vと
する。すると、コントロールゲート6及びフローティン
グゲート4間とフローティングゲート4及び基板(ソー
ス領域8)間とが容量結合されており(コントロールゲ
ート6及びフローティングゲート4間の容量<フローテ
ィングゲート4及び基板(ソース領域8)間の容量)、
この容量結合比によりフローティングゲート4の電位が
9V程度に持ち上げられ、ドレイン領域7付近で発生す
るホットエレクトロンがフローティングゲート4側へ加
速され、酸化膜3Aを通してフローティングゲート4に
注入されてデータの書き込みが行われる。
【0010】一方、消去動作においては、ドレイン領域
7及びソース領域8の電位を0Vとし、コントロールゲ
ート6を14Vとする。これにより、フローティングゲ
ート4内に蓄積されている電荷(電子)が、フローティ
ングゲート4の角部の鋭角部分からF−N(Fowler-Nor
dheim tunnelling)伝導によって前記トンネル酸化膜3
を突き抜けてコントロールゲート6に放出されてデータ
が消去される。
【0011】そして、読み出し動作においては、コント
ロールゲート6の電位を4Vとし、ドレイン領域7を2
V、ソース領域8を0Vとする。このとき、フローティ
ングゲート4に電荷(電子)が注入されていると、フロ
ーティングゲート4の電位が低くなるため、フローティ
ングゲート4の下にはチャネルが形成されずドレイン電
流は流れない。逆に、フローティングゲート4に電荷
(電子)が注入されていなければ、フローティングゲー
ト4の電位が高くなるため、フローティングゲート4の
下にチャネルが形成されてドレイン電流が流れる。
【0012】このような不揮発性半導体記憶装置のメモ
リセルの製造方法について図面を参照しながら説明す
る。
【0013】先ず、図9(a)において、P型の半導体
基板1の所定の領域に素子分離膜2を形成する(図7参
照)と共に、この素子分離膜2以外の表層におよそ10
0Åの膜厚のゲート酸化膜3Aを形成する。そして、前
記ゲート酸化膜3A上におよそ1500Åの膜厚のポリ
シリコン膜を形成し、このポリシリコン膜にリンドープ
した第1の導電膜4A上に開口部23Aを有するシリコ
ン窒化膜23を形成する。
【0014】次に、図9(b)に示すように、前記シリ
コン窒化膜23をマスクにして前記第1の導電膜4Aを
LOCOS(Local Oxidation Of Silicon)法により選
択酸化して選択酸化膜5を形成する。
【0015】続いて、図10(a)に示すように、前記
選択酸化膜5をマスクにして前記第1の導電膜4Aを異
方性エッチングして、選択酸化膜5下にフローティング
ゲート4を形成する。このとき、前記選択酸化膜5の形
状を反映して、フローティングゲート4の上部に先鋭な
角部4Bが形成される。これにより、消去動作時にこの
角部4Bに電界が集中することになり、フローティング
ゲート4に蓄積された電子(電荷)がトンネル酸化膜3
を介してコントロールゲート6に抜け易くして、消去効
率を向上させている。
【0016】次に、図10(b)に示すように、前記フ
ローティングゲート4を被覆するように前記ゲート酸化
膜3Aと一体形成されるおよそ300Åの膜厚の絶縁膜
(以下、トンネル酸化膜3と称す)を形成する。尚、前
記トンネル酸化膜3は、ゲート酸化膜3Aとそのゲート
酸化膜3A上にCVD法によりCVD酸化膜、例えば、
TEOS(Tetra Ethyl Ortho Silicate)膜やHTO
(High Temperature Oxide)膜等を形成した後に熱酸化
して成るものである。
【0017】続いて、図11(a)に示すように、前記
トンネル酸化膜3上に例えば、リンドープされたおよそ
1000Åの膜厚のポリシリコン膜とおよそ1200Å
の膜厚のタングステンシリサイド膜(WSix膜)とか
ら成る2層構造の第2の導電膜6A及びおよそ2500
Åの膜厚の絶縁膜9Aを形成する。そして、前記絶縁膜
9A上に不図示のフォトレジスト膜を形成し、このレジ
スト膜をマスクにして前記導電膜6A及び絶縁膜9Aを
パターニングして、上部に前記絶縁膜9Bを積層して成
るコントロールゲート6を前記トンネル酸化膜3を介し
て前記フローティングゲート4の一端部側にその上部か
ら側壁部に跨るように形成する。そして、前記レジスト
膜を除去した後、少なくともドレイン領域形成予定部を
図示しないフォトレジスト膜で被覆して、このフォトレ
ジスト膜をマスクにして基板1の表層にn型不純物、例
えばリンイオン(31P+ )を注入してアニール処理して
拡散し、ソース領域8を形成する。尚、イオン注入され
る前記n型不純物として、ヒ素イオン(75As+ )等を
用いても良い。
【0018】次に、図11(b)に示すように、前記基
板1上の全面にLPCVD法によりLPCVD酸化膜
(例えば、TEOS膜)から成る絶縁膜9Cを形成した
後、図12(a)に示すように、前記絶縁膜9C及びト
ンネル酸化膜3を異方性エッチングして、ソース・ドレ
イン形成領域上面を露出させると共に側壁スペーサ膜9
Dを形成する。
【0019】そして、前記フローティングゲート4及び
コントロールゲート6をマスクにして、基板1の表層に
n型不純物、例えばリン(31P+ )イオンを注入し、ア
ニール処理してドレイン領域7を形成する。尚、イオン
注入される前記n型不純物として、ヒ素イオン(75As
+ )等を用いても良い。
【0020】次に、図12(b)に示すように、基板1
全面にLPCVD法によりおよそ350Åの膜厚のLP
TEOS膜12Aを形成し、前記ソース領域8上を被覆
するフォトレジスト膜25をマスクにして、このTEO
S膜12Aをパターニングしてソース領域8上にシリサ
イド化防御膜12を形成する。このシリサイド化防御膜
12は、フローティングゲート4上部の先鋭な角部4B
を被覆するサイドウォールスペーサ膜9Dによるシリサ
イド化防御作用を助ける働きをするものである。詳しく
は後述するが、フローティングゲート4の角部4Bをサ
イドウォールスペーサ膜9Dと共に被覆しているため、
後工程で全面にチタン膜が形成され、熱処理が加えられ
ることで、そのチタン膜と下面のSiとが反応してシリ
サイド化してチタンシリサイド(TiSi2)膜を形成
する際に、シリサイド化させたくない部分へのシリサイ
ド化を確実に防止することができる。
【0021】続いて、図13(a)に示すように、基板
1全面に被シリサイド化膜としての金属膜、例えばおよ
そ250Å〜350Åの膜厚のチタン(Ti)膜13A
をスパッタ形成した後に、このチタン膜13Aを蒸着し
熱処理(ラピット・サーマル・アニール、以下RTAと
称す。)を加えることで、シリサイド化を図り、絶縁膜
9B及びサイドウォールスペーサ膜9D上に残留したチ
タン膜13Aを除去することで、図13(b)に示すよ
うに、前記ドレイン領域7の表層を選択的、自己整合的
にチタンシリサイド(TiSi2)膜13を形成する。
尚、RTA処理は、過剰なシリサイド化が進まないよう
に2ステップで行っている。即ち、第1回目のRTA処
理をおよそ650℃〜700℃で、30秒ほど行い、続
いて第2回目のRTA処理をおよそ750℃〜850℃
で、30秒ほど行っている。
【0022】そして、図14に示すように、全面におよ
そ6000Åの膜厚のBPSG膜から成る層間絶縁膜9
を形成した後に、前記ソース・ドレイン領域7,8上に
コンタクトするコンタクトホール11を形成し、ソース
・ドレイン領域7,8上に不図示のバリアメタル膜(例
えば、チタン膜及びチタンナイトライド(TiN)膜と
の積層膜)を介してコンタクトプラグ(例えば、タング
ステン膜から成る)10Aを形成し、このコンタクトプ
ラグ10A上に金属膜10B(例えば、Al,Al−S
i,Al−Si−Cu)を形成し、金属配線10を形成
している。尚、バリアメタル膜を介して直接、例えば、
Al,Al−Si,Al−Si−Cuから成る金属配線
を形成するものであっても良い。ここで、ドレイン領域
7上にはチタンシリサイド膜13が形成されているた
め、コンタクト部でのコンタクト抵抗の低減化が図られ
ている。
【0023】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記構
成の従来装置において、コントロールゲート6の配線抵
抗を下げるためにポリシリコン膜の上にタングステンシ
リサイド(WSix)膜を積層している。そして、この
コントロールゲート6のパターニングする際のハードマ
スクとコントロールゲート6へのダメージを防御するた
めに、コントロールゲート6上に酸化膜から成る絶縁膜
9Aを形成している(図11(a)参照)。
【0024】そのため、このコントロールゲート6をパ
ターニングする際には、先ず絶縁膜9A(パターニング
されて絶縁膜9B)を酸化膜エッチングし、その後、タ
ングステンシリサイド(WSix)膜及びポリシリコン
膜をそれぞれエッチングすることになり、製造工数が増
大していた。
【0025】また、コントロールゲート6上に絶縁膜9
Bが積層されているため、メモリセル部での段差が高く
なる一因となっていた。
【0026】従って、本発明はコントロールゲートの配
線抵抗特性を損うことなしに、メモリセル部での段差低
減を可能にした不揮発性半導体記憶装置とその製造方法
を提供することを目的とする。
【0027】
【課題を解決するための手段】そこで、本発明は上記課
題を解決するためになされたもので、本発明の請求項1
に記載の不揮発性半導体記憶装置は、例えば、P型のシ
リコン基板1上に形成されたフローティングゲート4
と、このフローティングゲート4を被覆するトンネル酸
化膜3と、このトンネル酸化膜3を介して前記フローテ
ィングゲート4上に重なる領域を持つように形成される
コントロールゲート66と、前記フローティングゲート
4及び前記コントロールゲート66に隣接する前記シリ
コン基板1の表面に形成されるN型のソース・ドレイン
領域7,8と、層間絶縁膜9を介して前記ソース・ドレ
イン領域7,8に接続された金属配線10とを備えた不
揮発性半導体記憶装置において、前記コントロールゲー
ト66がポリシリコン膜(第2の導電膜6B)とチタン
シリサイド膜33Bとから構成されていることを特徴と
する。
【0028】また、本発明の請求項2に記載の不揮発性
半導体記憶装置は、前記ドレイン領域7表面には前記コ
ントロールゲート66の一部を構成するチタンシリサイ
ド膜33Bと同時に形成されたチタンシリサイド膜33
Aを介して前記金属配線10が形成され、ソース領域8
表面にはチタンシリサイド膜を介することなしに前記金
属配線10が形成されていることを特徴とする。
【0029】更に、本発明の請求項3に記載の不揮発性
半導体記憶装置は、前記ソース領域8表面には、チタン
シリサイド膜が形成されないようにシリサイド化防御膜
12が形成されていることを特徴とする。
【0030】また、本発明の請求項4に記載の不揮発性
半導体記憶装置は、例えば、P型のシリコン基板1上に
形成された上部に先鋭な角部4Bを有するポリシリコン
膜から成るフローティングゲート4と、このフローティ
ングゲート4を被覆するトンネル酸化膜3と、このトン
ネル酸化膜3を介して前記フローティングゲート4上に
重なる領域を持つように形成されるポリシリコン膜(第
2の導電膜6B)とその上にチタンシリサイド膜33B
が積層されたコントロールゲート66と、前記フローテ
ィングゲート4及び前記コントロールゲート66を被覆
するように形成された絶縁膜(サイドウォールスペーサ
膜9D)と、前記フローティングゲート4及び前記コン
トロールゲート66に隣接する前記基板1の表面に形成
されるN型のソース・ドレイン領域7,8と、ドレイン
領域8表面に形成されたチタンシリサイド膜33Aと、
少なくとも前記フローティングゲート4上部の先鋭な角
部4Bを被覆するように形成されたシリサイド化防御膜
12と、層間絶縁膜9を介して前記ソース・ドレイン領
域7,8に接続された金属配線10とを具備したことを
特徴とする。
【0031】更に、本発明の請求項5に記載の不揮発性
半導体記憶装置は、前述した請求項3あるいは請求項4
に記載の前記シリサイド化防御膜12が、TEOS膜あ
るいはHTO膜あるいはSiN膜から成ることを特徴と
する。
【0032】また、本発明の請求項6に記載の不揮発性
半導体記憶装置の製造方法は、P型のシリコン基板1上
に形成されたフローティングゲート4と、このフローテ
ィングゲート4を被覆するトンネル酸化膜3と、このト
ンネル酸化膜3を介して前記フローティングゲート4上
に重なる領域を持つように形成されるコントロールゲー
ト66と、前記フローティングゲート4及び前記コント
ロールゲート66に隣接する前記基板1の表面に形成さ
れるN型のソース・ドレイン領域7,8とを備えたもの
において、前記フローティングゲート4及び前記コント
ロールゲート66を被覆するように絶縁膜9Cを形成し
た後に、この絶縁膜9Cを異方性エッチングして前記コ
ントロールゲート66の上面を露出させると共に、前記
フローティングゲート4及び前記コントロールゲート6
6の側壁部を被覆するようにサイドウォールスペーサ膜
9Dを形成する。次に、ソース領域8上のシリサイド化
防御膜12を形成し、全面にチタン膜を形成した後に、
このチタン膜を熱処理して前記ドレイン領域7上にチタ
ンシリサイド膜33Aを形成すると共に、前記コントロ
ールゲート66上面にチタンシリサイド膜33Bを形成
する。更に、層間絶縁膜9を形成した後に、この層間絶
縁膜9を介して前記ソース・ドレイン領域7,8にコン
タクトする金属配線10を形成する工程とを具備したこ
とを特徴とする。
【0033】更に、本発明の請求項7に記載の不揮発性
半導体記憶装置の製造方法は、P型のシリコン基板1の
表面を熱酸化してゲート酸化膜3Aを形成し、このゲー
ト酸化膜3A上に第1の導電膜4Aを形成し、この第1
の導電膜4A上に所定のパターンの開口23Aを有する
シリコン窒化膜23を形成した後に、前記開口23Aに
応じて前記第1の導電膜4Aを選択酸化して選択酸化膜
5を形成する。次に、前記選択酸化膜5をマスクにして
前記第1の導電膜4Aをエッチングして上部に先鋭な角
部4Bを有するフローティングゲート4を形成した後
に、フローティングゲート4を被覆するようにトンネル
酸化膜3を形成する。続いて、前記トンネル酸化膜3上
に第2の導電膜6Aを形成した後に、この第2の導電膜
6Aをパターニングしてトンネル酸化膜3を介して前記
フローティングゲート4上に重なる領域を持つように第
2の導電膜6Bを形成する。更に、前記フローティング
ゲート4及び前記第2の導電膜6Bを被覆するように絶
縁膜9Cを形成した後に、この絶縁膜9Cを異方性エッ
チングして前記第2の導電膜6Bの上面を露出させると
共に前記フローティングゲート4及び前記第2の導電膜
6Bの側壁部を被覆するようにサイドウォールスペーサ
膜9Dを形成する。次に、前記フローティングゲート4
及び前記第2の導電膜6Bに隣接する前記シリコン基板
1の表面にN型のソース・ドレイン領域7,8を形成す
る。続いて、前記ソース領域8上にシリサイド化防御膜
12を形成し、全面にチタン膜33を形成した後に、こ
のチタン膜33を熱処理して前記ドレイン領域7上にチ
タンシリサイド膜33Aを形成すると共に、前記第2の
導電膜6B上面にチタンシリサイド膜33Bを形成し
て、この第2の導電膜6B及びチタンシリサイド膜33
Bから成るコントロールゲート66を形成する。更に、
層間絶縁膜9を形成した後に、この層間絶縁膜9を介し
て前記ソース・ドレイン領域7,8にコンタクトする金
属配線10を形成する工程とを具備したことを特徴とす
る。
【0034】また、本発明の請求項8に記載の不揮発性
半導体記憶装置の製造方法は、前述した請求項6あるい
は請求項7に記載の前記シリサイド化防御膜12が、T
EOS膜あるいはHTO膜あるいはSiN膜であること
を特徴とする。
【0035】
【発明の実施の形態】以下、本発明の不揮発性半導体記
憶装置とその製造方法の一実施形態について図面を参照
しながら説明する。尚、フローティングゲートを有する
不揮発性半導体記憶装置のメモリセル部分の平面図及び
その一部(X1−X1)断面図は、従来の図7及び図8
に示す構成とほぼ同等であり、重複する説明を避けるた
めに図示した説明は省略するが、以下、同等の構成には
同符号を付して説明を簡略化する。そして、本発明の特
徴は、図8の一部拡大図に対応する図5に示すようにコ
ントロールゲート66(コントロールゲート6に対応す
る)を、ポリシリコン膜6Bとその上に積層されたチタ
ンシリサイド膜33Bとで構成し、このチタンシリサイ
ド膜33Bをドレイン領域7上に形成するチタンシリサ
イド膜33Aと同一工程で形成していることである。こ
れによりコントロールゲート66の配線抵抗特性を損う
ことなしに、メモリセル部での段差を低減できる。
【0036】以下、このような不揮発性半導体記憶装置
のメモリセルの製造方法について図面を参照しながら説
明する。
【0037】先ず、図1(a)において、P型の半導体
基板1の所定の領域に素子分離膜2を形成する(図7参
照)と共に、この素子分離膜2以外の表層にゲート酸化
膜3Aをおよそ70Å〜150Åの厚さに形成する。そ
して、前記ゲート酸化膜3A上にポリシリコン膜をおよ
そ1000Å〜2000Åの厚さに形成し、このポリシ
リコン膜にリンドープした第1の導電膜4A上に開口部
23Aを有するシリコン窒化膜23を形成する。
【0038】次に、図1(b)に示すように、前記シリ
コン窒化膜23をマスクにして第1の導電膜4AをLO
COS(Local Oxidation Of Silicon)法により選択酸
化して選択酸化膜5を形成する。
【0039】続いて、図2(a)に示すように、前記選
択酸化膜5をマスクにして前記第1の導電膜4Aを異方
性エッチングして、選択酸化膜5下にフローティングゲ
ート4を形成する。このとき、前記選択酸化膜5の形状
を反映して、フローティングゲート4の上部に先鋭な角
部4Bが形成される。これにより、消去動作時にこの角
部4Bに電界が集中することになり、フローティングゲ
ート4に蓄積された電子(電荷)がトンネル酸化膜3を
介してコントロールゲート66に抜け易くして、消去効
率を向上させている。
【0040】次に、図2(b)に示すように、前記フロ
ーティングゲート4を被覆するように前記ゲート酸化膜
3Aと一体形成される、厚さがおよそ200Å〜400
Åの絶縁膜(以下、トンネル酸化膜3と称す)を形成す
る。尚、前記トンネル酸化膜3は、ゲート酸化膜3Aと
そのゲート酸化膜3A上にCVD法によりCVD酸化
膜、例えば、TEOS(Tetra Ethyl Ortho Silicate)
膜やHTO(High T emperature Oxide)膜等を形成し
た後に熱酸化して成るものである。
【0041】続いて、図3(a)に示すように、前記ト
ンネル酸化膜3上に例えば、およそ2000Å〜300
0Åの膜厚のポリシリコン膜を形成し、このポリシリコ
ン膜にPOCl3を拡散源としてリンドープした第2の
導電膜6Aを形成する。次に、前記第2の導電膜6A上
に不図示のフォトレジスト膜を形成し、このレジスト膜
をマスクにして前記第2の導電膜6Aをパターニングし
て、コントロールゲート6の一部を構成する第2の導電
膜6Bを、前記トンネル酸化膜3を介して前記フローテ
ィングゲート4の一端部側にその上部から側壁部に跨る
ように形成する。そして、前記レジスト膜を除去した
後、少なくともドレイン領域形成予定部を図示しないフ
ォトレジスト膜で被覆して、このフォトレジスト膜をマ
スクにして基板1の表層にn型不純物、例えばリンイオ
ン(31P+ )をおよそドーズ量4.5〜5.0×1015
/cm2、加速電圧50〜70KeVの注入条件で注入
してアニール処理して拡散し、ソース領域8を形成す
る。尚、イオン注入される前記n型不純物として、ヒ素
イオン(75As+ )等を用いても良い。
【0042】次に、図3(b)に示すように、前記基板
1上の全面にLPCVD法によりおよそ1500Å〜2
500Åの膜厚のLPCVD酸化膜(例えば、TEOS
膜)から成る絶縁膜9Cを形成した後、図4(a)に示
すように、前記絶縁膜9C及びトンネル酸化膜3を異方
性エッチングして、前記第2の導電膜6B上面とソース
・ドレイン形成領域上面を露出させると共に側壁スペー
サ膜9Dを形成する。
【0043】そして、前記フローティングゲート4及び
第2の導電膜6Bをマスクにして、基板1の表層にn型
不純物、例えばリン(31P+ )イオンをおよそドーズ量
1.0〜2.0×1013/cm2、加速電圧35〜45
KeVの注入条件で注入してアニール処理してドレイン
領域7を形成する。尚、イオン注入される前記n型不純
物として、ヒ素イオン(75As+ )等を用いても良い。
【0044】次に、図4(b)に示すように、基板1全
面にLPCVD法でおよそ300Å〜400Åの膜厚の
LPTEOS膜12Aを形成し、前記ソース領域8上を
被覆するフォトレジスト膜25をマスクにして、このT
EOS膜12Aをパターニングしてソース領域8上にシ
リサイド化防御膜12を形成する。このシリサイド化防
御膜12は、フローティングゲート4の上部角部4Bを
被覆するサイドウォールスペーサ膜9Dによるシリサイ
ド化防御作用を助ける働きをするものである。詳しくは
後述するが、フローティングゲート4の上部角部4Bを
サイドウォールスペーサ膜9Dと共に被覆しているた
め、後工程で全面にチタン膜が形成され、熱処理が加え
られることで、そのチタン膜と下面のSiとが反応して
シリサイド化してチタンシリサイド(TiSi2)膜を
形成する際に、シリサイド化させたくない部分へのシリ
サイド化を確実に防止することができる。尚、シリサイ
ド化防御膜12の材質は、TEOS膜に限らず、HTO
膜やシリコン窒化膜を用いても良い。
【0045】続いて、図5(a)に示すように、基板1
全面に被シリサイド化膜としての金属膜、例えば、およ
そ200Å〜400Åの膜厚のチタン(Ti)膜33を
スパッタ形成した後に、このチタン膜33を蒸着し熱処
理(ラピット・サーマル・アニール、以下RTAと称
す。)を加えることで、シリサイド化を図り、シリサイ
ド化防御膜12及びサイドウォールスペーサ膜9D上に
残留したチタン膜33を除去することで、図5(b)に
示すように、前記ドレイン領域7の表層を選択的、自己
整合的にチタンシリサイド(TiSi2)膜33Aを形
成すると共に、前記第2の導電膜6B上面にチタンシリ
サイド(TiSi2)膜33Bを形成する。これによ
り、前記第2の導電膜6Bとチタンシリサイド(TiS
2)膜33Bから成るコントロールゲート66が形成
される。尚、RTA処理は、過剰なシリサイド化が進ま
ないように2ステップで行っている。即ち、第1回目の
RTA処理をおよそ650℃〜700℃で、10〜45
秒ほど行い、続いて第2回目のRTA処理をおよそ75
0℃〜850℃で、10〜45秒ほど行っている。
【0046】そして、図6に示すように、全面におよそ
6000Åの膜厚のBPSG膜から成る層間絶縁膜9を
形成した後に、前記ソース・ドレイン領域7,8上にコ
ンタクトするコンタクトホール11を形成し、ソース・
ドレイン領域7,8上に不図示のバリアメタル膜(例え
ば、チタン膜及びチタンナイトライド(TiN)膜との
積層膜)を介してコンタクトプラグ(例えば、タングス
テン膜から成る)10Aを形成し、このコンタクトプラ
グ10A上に金属膜10B(例えば、Al,Al−S
i,Al−Si−Cu)を形成し、金属配線10を形成
している。尚、バリアメタル膜を介して直接、例えば、
Al,Al−Si,Al−Si−Cuから成る金属配線
を形成するものであっても良い。ここで、ドレイン領域
7上にはチタンシリサイド膜33Aが形成されているた
め、コンタクト部でのコンタクト抵抗の低減化が図られ
ている。
【0047】以上説明したように本発明では、コントロ
ールゲート66を第2の導電膜6B(ポリシリコン膜)
とチタンシリサイド(TiSi2)膜33Bとで構成し
ているため、従来のポリシリコン膜とタングステンシリ
サイド(WSix)膜とで構成した従来装置に比して、
更にコントロールゲートの配線抵抗を低くでき、デバイ
ススピードの向上が図れる。尚、コントロールゲート6
6を構成するチタンシリサイド(TiSi2)膜33B
を形成する工程が、従来工程であるドレイン領域7上に
チタンシリサイド(TiSi2)膜を形成する工程と同
一工程で行えるため、製造工数が増大することはない。
【0048】また、従来のようにポリシリコン膜上にタ
ングステンシリサイド(WSix)膜と、コントロール
ゲートのパターニング時のハードマスクとして絶縁膜9
Bを積層形成する工程を省略でき、かつコントロールゲ
ートのパターニング時に絶縁膜9B用の酸化膜エッチン
グやタングステンシリサイド(WSix)膜エッチング
やポリシリコン膜エッチングを個別に行う必要がなくな
り、製造工程の簡略化が図れる。
【0049】更に言えば、ポリシリコン膜上にタングス
テンシリサイド(WSix)膜と、ハードマスクとして
絶縁膜9Bを積層形成することがないので、このメモリ
セル部での段差の低減化が図れる。
【0050】尚、本発明の一実施形態では、低抵抗なシ
リサイド材料として、現在の製造プロセスとの整合性か
らチタンシリサイド膜を採用しているが、このチタンシ
リサイド膜は線幅の縮小と共にシート抵抗が上昇する現
象、いわゆる細線効果を生じ易いため、チタン膜よりも
比較的細線効果の生じ難い材質、例えば、コバルト膜か
ら成るコバルトシリサイド(CoSi2)膜を用いても
良い。
【0051】更に言えば、一実施形態のチタンシリサイ
ド膜を採用した場合においても、本発明のスプリットゲ
ート型のフラッシュメモリ(フローティングゲート上部
にコントロールゲートがまたがった形で乗り上がった状
態となる)のデバイス構造に適用されることで、本デバ
イス構造では細線効果の生じ難い線幅を十分に確保で
き、チタンシリサイド膜を比較的均一に形成できる。
【0052】
【発明の効果】本発明によれば、コントロールゲートを
ポリシリコン膜とチタンシリサイド膜とで構成している
ため、従来のポリシリコン膜とタングステンシリサイド
膜とで構成した従来装置に比して、更にコントロールゲ
ートの配線抵抗を低くでき、デバイススピードの向上が
図れる。尚、コントロールゲートを構成するチタンシリ
サイド膜を形成する工程が、従来工程であるドレイン領
域上にチタンシリサイド膜を形成する工程と同一工程で
行えるため、製造工数が増大することはない。
【0053】また、従来のようにポリシリコン膜上にタ
ングステンシリサイド膜と、コントロールゲートのパタ
ーニング時のハードマスクとして絶縁膜を積層形成する
工程を省略でき、かつコントロールゲートのパターニン
グ時に絶縁膜用の酸化膜エッチングやタングステンシリ
サイド膜エッチングやポリシリコン膜エッチングを個別
に行う必要がなくなり、製造工程の簡略化が図れる。
【0054】更に言えば、ポリシリコン膜上にタングス
テンシリサイド膜と、ハードマスクとして絶縁膜を積層
形成することがないので、このメモリセル部での段差の
低減化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の不揮発性半導体記憶装置の製造方法を
示す断面図である。
【図2】本発明の不揮発性半導体記憶装置の製造方法を
示す断面図である。
【図3】本発明の不揮発性半導体記憶装置の製造方法を
示す断面図である。
【図4】本発明の不揮発性半導体記憶装置の製造方法を
示す断面図である。
【図5】本発明の不揮発性半導体記憶装置の製造方法を
示す断面図である。
【図6】本発明の不揮発性半導体記憶装置の製造方法を
示す断面図である。
【図7】従来の不揮発性半導体記憶装置のメモリセルの
構造を示す平面図である。
【図8】図7の一部断面図である。
【図9】従来の不揮発性半導体記憶装置の製造方法を示
す断面図である。
【図10】従来の不揮発性半導体記憶装置の製造方法を
示す断面図である。
【図11】従来の不揮発性半導体記憶装置の製造方法を
示す断面図である。
【図12】従来の不揮発性半導体記憶装置の製造方法を
示す断面図である。
【図13】従来の不揮発性半導体記憶装置の製造方法を
示す断面図である。
【図14】従来の不揮発性半導体記憶装置の製造方法を
示す断面図である。
フロントページの続き Fターム(参考) 5F001 AA21 AA22 AB03 AC02 AC04 AC06 AC20 AD12 AD41 AE02 AE08 AF10 AG12 AG21 AG22 AG30 5F083 EP02 EP25 ER02 ER05 ER09 ER14 ER17 ER21 GA02 GA28 GA30 JA35 JA36 JA39 JA40 JA53 JA56 MA04 MA05 MA06 MA20 PR34 PR36

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一導電型のシリコン基板上に形成された
    フローティングゲートと、このフローティングゲートを
    被覆する絶縁膜と、この絶縁膜を介して前記フローティ
    ングゲート上に重なる領域を持つように形成されるコン
    トロールゲートと、前記フローティングゲート及び前記
    コントロールゲートに隣接する前記シリコン基板の表面
    に形成される逆導電型の拡散領域と、層間絶縁膜を介し
    て前記拡散領域に接続された金属配線とを備えた不揮発
    性半導体記憶装置において、 前記コントロールゲートがポリシリコン膜とその上面が
    シリサイド化されたチタンシリサイド膜から成る積層膜
    であることを特徴とする不揮発性半導体記憶装置。
  2. 【請求項2】 一導電型のシリコン基板上に形成された
    フローティングゲートと、このフローティングゲートを
    被覆する絶縁膜と、この絶縁膜を介して前記フローティ
    ングゲート上に重なる領域を持つように形成されるコン
    トロールゲートと、前記フローティングゲート及び前記
    コントロールゲートに隣接する前記シリコン基板の表面
    に形成される逆導電型の拡散領域と、層間絶縁膜を介し
    て前記拡散領域に接続された金属配線とを備えた不揮発
    性半導体記憶装置において、 一方の拡散領域表面には前記コントロールゲートの一部
    を構成するチタンシリサイド膜と同時に形成されたチタ
    ンシリサイド膜を介して前記金属配線が形成され、他方
    の拡散領域表面にはチタンシリサイド膜を介することな
    しに前記金属配線が形成されていることを特徴とする不
    揮発性半導体記憶装置。
  3. 【請求項3】 前記他方の拡散領域表面には、チタンシ
    リサイド膜が形成されないようにシリサイド化防御膜が
    形成されていることを特徴とする請求項2に記載の不揮
    発性半導体記憶装置。
  4. 【請求項4】 一導電型のシリコン基板上に形成された
    上部に先鋭な角部を有するポリシリコン膜から成るフロ
    ーティングゲートと、 前記フローティングゲートを被覆するトンネル酸化膜
    と、 前記トンネル酸化膜を介して前記フローティングゲート
    上に重なる領域を持つように形成されるポリシリコン膜
    とその上面がシリサイド化されたチタンシリサイド膜と
    の積層膜から成るコントロールゲートと、 前記フローティングゲート及び前記コントロールゲート
    を被覆するように形成された絶縁膜と、 前記フローティングゲート及び前記コントロールゲート
    に隣接する前記シリコン基板の表面に形成される逆導電
    型の拡散領域と、 一方の拡散領域表面に形成されたチタンシリサイド膜
    と、他方の拡散領域側の前記フローティングゲート上部
    の先鋭な角部を被覆するように形成されたシリサイド化
    防御膜と、 層間絶縁膜を介して前記拡散領域に接続された金属配線
    とを具備したことを特徴とする不揮発性半導体記憶装
    置。
  5. 【請求項5】 前記シリサイド化防御膜が、TEOS膜
    あるいはHTO膜あるいはSiN膜であることを特徴と
    する請求項3あるいは請求項4に記載の不揮発性半導体
    記憶装置。
  6. 【請求項6】 一導電型のシリコン基板上に形成された
    フローティングゲートと、このフローティングゲートを
    被覆する絶縁膜と、この絶縁膜を介して前記フローティ
    ングゲート上に重なる領域を持つように形成されるコン
    トロールゲートと、前記フローティングゲート及び前記
    コントロールゲートに隣接する前記シリコン基板の表面
    に形成される逆導電型の拡散領域とを備えた不揮発性半
    導体記憶装置の製造方法において、 前記フローティングゲート及び前記コントロールゲート
    を被覆するように絶縁膜を形成した後にこの絶縁膜を異
    方性エッチングして前記コントロールゲートの上面を露
    出させると共に前記フローティングゲート及び前記コン
    トロールゲートの側壁部を被覆するようにサイドウォー
    ルスペーサ膜を形成する工程と、 一方の拡散領域上にシリサイド化防御膜を形成する工程
    と、 全面を洗浄した後に全面に被シリサイド化膜を形成する
    工程と、 前記被シリサイド化膜を熱処理してシリサイド膜を形成
    した後にシリサイド化しない被シリサイド化膜を除去す
    る工程と、 層間絶縁膜を形成した後にこの層間絶縁膜を介して前記
    拡散領域にコンタクトする金属配線を形成する工程とを
    具備したことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置の製
    造方法。
  7. 【請求項7】 一導電型のシリコン基板の表面を熱酸化
    してゲート酸化膜を形成する工程と、 前記ゲート酸化膜上に第1の導電膜を形成し、この第1
    の導電膜上に所定のパターンの開口を有する耐酸化膜を
    形成した後に、前記開口に応じて前記第1の導電膜を選
    択酸化して選択酸化膜を形成する工程と、 前記選択酸化膜をマスクにして前記第1の導電膜をエッ
    チングして上部に先鋭な角部を有するフローティングゲ
    ートを形成する工程と、 前記フローティングゲートを被覆するようにトンネル酸
    化膜を形成する工程と、 前記トンネル酸化膜を介して前記フローティングゲート
    上に重なる領域を持つように第2の導電膜を形成する工
    程と、 前記フローティングゲート及び前記第2の導電膜を被覆
    するように絶縁膜を形成した後にこの絶縁膜を異方性エ
    ッチングして前記第2の導電膜の上面を露出させると共
    に前記フローティングゲート及び前記第2の導電膜の側
    壁部を被覆するようにサイドウォールスペーサ膜を形成
    する工程と、 前記フローティングゲート及び前記第2の導電膜に隣接
    する前記シリコン基板の表面に逆導電型の拡散領域を形
    成する工程と、 一方の拡散領域上にシリサイド化防御膜を形成する工程
    と、 全面を洗浄した後に全面に被シリサイド化膜を形成する
    工程と、 前記被シリサイド化膜を熱処理してシリサイド膜を形成
    した後にシリサイド化しない被シリサイド化膜を除去し
    て他方の拡散領域上にチタンシリサイド膜を形成すると
    共に前記第2の導電膜上面にもチタンシリサイド膜を形
    成し、この第2の導電膜とその上面に形成されるチタン
    シリサイド膜から成るコントロールゲートを形成する工
    程と、 層間絶縁膜を形成した後にこの層間絶縁膜を介して前記
    拡散領域にコンタクトする金属配線を形成する工程とを
    具備したことを特徴とする不揮発性半導体記憶装置の製
    造方法。
  8. 【請求項8】 前記シリサイド化防御膜が、TEOS膜
    あるいはHTO膜あるいはSiN膜であることを特徴と
    する請求項6あるいは請求項7に記載の不揮発性半導体
    記憶装置の製造方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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US7473961B2 (en) 2004-08-14 2009-01-06 Samsung Electronics Co., Ltd. Non-volatile memory device and method of fabricating the same

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KR100771889B1 (ko) 2006-10-20 2007-11-01 삼성전자주식회사 스플릿 게이트형 플래쉬 메모리 소자 및 그 제조방법

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