JPH03230576A - 不揮発性半導体メモリ装置の製造方法 - Google Patents

不揮発性半導体メモリ装置の製造方法

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JPH03230576A
JPH03230576A JP2025218A JP2521890A JPH03230576A JP H03230576 A JPH03230576 A JP H03230576A JP 2025218 A JP2025218 A JP 2025218A JP 2521890 A JP2521890 A JP 2521890A JP H03230576 A JPH03230576 A JP H03230576A
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floating gate
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中山 良三
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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】 〔発明の目的〕 (産業上の利用分野) 本発明は、浮遊ゲートと制御ゲートを有するメモリセル
を用いた不揮発性半導体メモリ装置に関する。
(従来の技術) E E P ROMの分野で浮遊ゲートを持つMO5F
ET構造のメモリセルを用いた紫外線消去型の不揮発性
半導体メモリ装置が知られている。
EPROMの中で、電気的書き替えを可能としたものは
E E P ROMとして知られている。
トンネル電流を利用して浮遊ゲートと基板間電荷の授受
を行うEEPROMのメモリセルには、チャネル領域上
全面にトンネル電流が流れ得る薄いゲート絶縁膜を形成
して浮遊ゲートを設けたF E TMOS型と、特定の
書き替え領域にのみトンネル電流が流れ得る薄いゲート
絶縁膜を形成したFLOTOX型とがある。
第3図(a)、  (b)は、それぞれ従来のE TM
OS X型メモリセルのセル部分の上面図及び断面図で
ある。Si基板1上に素子分離絶縁膜2が形成され。
この素子分離絶縁膜2で囲まれた領域に第1ゲート絶縁
膜3を介して第1層多結晶シリコン膜からなる浮遊ゲー
ト4が形成されている。浮遊ゲート4は一部素子分離絶
縁膜2上に延在するようにパターン形成されている。’
tl−Mゲート4上にはさらに第2ゲート絶縁膜5を介
して第2層多結晶シリコン膜からなる制御ゲート6が積
層形成されている。メモリセルをピッ1〜線に接続する
ための選択ゲート7は、例えば浮遊ゲート4と制御ゲー
ト6の形成工程で同時に形成される。制御ゲート6およ
び選択ゲート7をマスクとして不純物がイオン注入され
てソース、ドレインとなるn生型層8が形成されている
。
このメモリセルは、浮遊ゲートの電子の帯電状態に応じ
て異なるしきい値を# O+l 、  II 1”に対
応させることにより情報を不揮発に記憶する。浮遊ゲー
ト4に電子を注入するには、制御ゲート6に20V程度
の高電圧を印加し、ドレインをOvとして基板からのF
−Nトンネル電流を利用する。
これによりメモリセルのしきい値は正方向に移動する。
浮遊ゲートの電子を基板に放出させるには、制御ゲート
をOvとし、ドレインに20V程度の高電圧を印加して
、やはりF−N トンネル電流を生じさせる。これらの
動作の一方がデータ書き込みに、他方がデータ消去に用
いられる。
以上の動作において、制御ゲートに高電圧を印加して電
子を浮遊ゲートに注入する際、効率よく電子注入を行わ
せるには、容量分圧により決まる浮遊ゲートの電位があ
る程度以上高いことが必要である。そのために浮遊ゲー
トと制御ゲート間の容量が大きいことが望ましく、その
様な条件を満たすように浮遊ゲートの一部を素子分離領
域上に延在させているのである。
一方、制御ゲートに印加する高電圧はできるだけ小さい
ほうが、素子の耐圧が小さくてすみ微細化ができるため
好ましい。しかし実際には、浮遊ゲートと制御ゲート間
の結合容量をそれ程大きくとることができないため、2
0V程度の高い高電圧が必要であり、従って素子の耐圧
を十分なものとし、またメモリセルアレイを十分小型化
することができない、という問題があった。
(発明が解決しようとする課題) 以上のように従来の浮遊ゲートと制御ゲートを持つ不揮
発性半導体メモリ装置は、書き替えしこ使用する制御電
圧を低くしてしかもメモリセル占有面積を小さくするこ
とが難しい、とル)う問題があった。
本発明は、この様な問題を解決した不揮発性半導体メモ
リ装置およびその製造方法を提供することを目的とする
。
〔発明の構成〕
(課題を解決するための手段) 本発明は上記目的を達成するため、半導体基板上にゲー
ト絶縁膜を介して71遊ゲートと制御ゲートが積層形成
され、浮遊ゲートの一部が素子分離領域上に延在するM
O5FET構造を有し、制御ゲートが浮遊ゲートの側面
にゲート絶縁膜を介して対抗する部分を有することを特
徴とする不揮発性半導体メモリ装置およびその製造方法
を提供する。
(作用) 本発明によれば、第2の制御ゲートが浮遊ゲート側壁部
に形成されるため、浮遊ゲートを素子分離領域に大きく
延在させなくても浮遊ゲートと制御ゲート間の容量を大
きいものとする事が出来る。従って、書き替え時に制御
ゲートに印加する電圧を従来より低くする事が出来るだ
けでなく素子の微細化も可能になる。更に書き替え時の
電圧を低くする事が出来る。このため周辺回路の設計も
容易になり、周辺回路の耐圧を低くすることや面積を小
さくする事も可能となる。
(実施例) 以下、本発明による不揮発性メモ、り装置の第1の実施
例を図面を用いて説明する。第1図(a)〜(d)は前
記実施例のEEPROMを形成するための本発明による
製造方法の一例を示す、セルの断面図である。
まず、P−5i(100)基板(11)に素子分離領域
が形成され、素子領域に選択的に第1ゲート絶縁膜(1
2)を例えば50〜150人程度形成した後、浮遊ゲー
ト材料となる例えば多結晶シリコン膜(13)を約30
00人程度全面に形成した後、素子分離領域上で選択的
に多結晶シリコン膜をエツチングする事により、浮遊ゲ
ートの一方向の分離を行なう。
次に少なくとも浮遊ゲート上に第2ゲート絶縁膜(13
)を約100〜300人形成した後、制御ゲートとなる
多結晶シリコン膜(15)を約4000人程度形成し、
その上に例えばSiN膜(16)を約1000人形成す
る。
その後、選択的に制御ゲートとなる様に選択的にレジス
トパターンを形成する。このレジストパターンをマスク
にSiN膜(16)、多結晶シリコン膜(15)、第2
ゲート絶縁膜(14)、多結晶シリコン膜(13)を順
次エツチングする。その後、レジストパターンを0□ア
ノシヤーにより除去する。この後拡散層(21)をイオ
ン注入にて形成する1次に例えば熱酸化法により少なく
とも多結晶シリコン膜(13) 、 (15)の側壁部
に約150〜450人程度の第3のゲート絶縁膜(17
)を形成する。その後SiN膜(18)を約500人程
度形成する(第1図(a))。
次にRIE法でSiN膜(18)をエツチングして側壁
部のみにSiN膜(18)を残置させ、この後SiN膜
(16) 、 (18)をマスクに例えば熱酸化を行な
い約500人のSiO□膜(19)を形成する(第1図
(b))。
次に全面にCVD法によるSiO□膜を2000人形成
した後RIE法法でエツチングして、少なくとも浮遊ゲ
ート(13)の側壁部にSiO□膜(20)を残置させ
る。この時同時にSiO□膜(17)とSiN膜(18
)も制御ゲート(15)の表面よりエツチングされて、
制御ゲート(15)側壁部の一部も露出される(第1図
(C))。
次にSiO□膜(20)を例えばN)I4F液で除去し
、さらに例えばリン酸を約180℃にした液で、SiN
膜(18)を除去する。次に全面に例えばリンをドープ
されている多結晶シリコン膜(22)を約2000人程
度形成した後、RIE法により、少なくとも浮遊ゲート
(13)側壁部にSiO□膜(17)を介して残置する
様に形成する。この時制御ゲート(15)と多結晶シリ
コン膜(22)は電気的に導通する様にする(第1図(
d))。
この後は、通常の工程により金属配線の工程を行なう。
この実施例による不揮発性メモリ装置によれば、制御ゲ
ートを浮遊ゲートの側面にも対抗させているから、制御
ゲートと浮遊ゲート間の結合容量を十分大きなものにす
る事が出来る。例えば、第1層目の多結晶シリコンの周
辺の増加する長さが(1μ×3μの面積の時)6連で、
浮遊ゲートの膜厚が0.4岬とすると約4μII+2の
平面の面積(従来例)に対して約2.4μm2の面積が
増加し、約1.6倍増加する事になる。
これにより、書替え時に制御ゲートに印加する高電圧は
上記例では20V必要なものが17Vに低下させる事が
出来る。この事は周辺回路等の高耐圧にするための面積
(例えば、LDOn−とが素子分離幅)が少なくて済み
、全体の微細化が出来る。
又、セルの微細化も容易となる。
次に本発明による不揮発性メモリ装置のさらに別の第2
の実施例を第2図(a)〜(d)の工程断面図を用いて
説明する。
第1図で説明した様に、浮遊ゲート(13)、第2ゲー
ト絶縁膜(14)、制御ゲート(15)を選択的に形成
した後、例えば熱酸化法により、約100〜250人程
度のSiO□膜(17)を形成する。この後、全面に溶
融膜例えばフォトレジスト膜(30)をスピンコードに
より形成し1表面が平坦になる様に熱処理を行なう(第
2図(a))。
次に全面を0□ガスを用いたRIEによりフォトレジス
ト膜(30)をエツチングし、少なくとも制御ゲート(
15)上部のSiO□膜(17)の表面が露出する様に
する(第2図(b))。
次に例えばNH4F液を用いてフォトレジスト膜(30
)をマスクに表面のSiO□膜(17)をエツチング除
去し制御ゲート(15)の表面を露出させる。その後フ
ォトレジスト(30)を0□アッシャ−にて除去する。
次に全面に例えばリンをドープした多結晶シリコン膜(
31)を約2000人形成する(第2図(C))。
次に全面をRIEによりエツチングを行ない、少なくと
も浮遊ゲート(13)側壁部に多結晶シリコン膜(31
)が残置され、かつ、制御ゲート(15)と導通してい
る様にする。
この様にすれば、第1図よりも容易に第2の制御ゲート
である多結晶シリコン膜(31)が形成される。
本発明は上記実施例に限られない。
例えば第1の実施例で拡散層(21)形成はセル形成後
に行なったが、多結晶シリコン膜(22)形成後にイオ
ン注入法により形成しても良い。又、第2の実施例では
制御ゲート(15)上にPo1y −RI E時のスト
ッパーとなる膜を形成しておいても良い。
例えばSiO□膜、シリサイド膜等である。又、PWe
QQやわ一1deQQの基板を用いても良い。
又、多結晶シリコン膜に代わって金属や金属シリサイド
、シリサイド、これらの組合せ等でも良い。これにより
、制御ゲートの低抵抗化を図り、回路の高速化が行なえ
、大容量化した時のメモリセルアレイ内でデコーダから
遠いセルのアクセスのバラツキを抑え、高速化が実現出
来る。
又、長い制御ゲート配線での電圧降下が小さくなって書
き込みや消去特性の向上が図れること、などの利点につ
ながるので重要である。
実施例では、FETMO5型メモリセル−個で1ビツト
とする場合を説明したが、複数個のメモリセルをソース
、ドレインを共用する形で直列接続してNAND型セル
を構成して、各NANDセル単位でビット線に接続する
メモリ構成とした場合も本発明は有効である。また本発
明はE E P ROMに限らず、紫外線消去型のE 
E P ROMにも同様に適用できる。またメモリセル
がFETMOS型でなく、FLOTOX型の場合も同様
に本発明を適用することが可能である。
〔発明の効果〕
以上述へたように本発明によれば、浮遊ゲートと制御ゲ
ートの結合容量を占有面積を増大させることなく大きく
することができ、不揮発性半導体メモリの高性能化と高
集積化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図、第2図の(a)〜(d)は本発明の一実施例の
メモリセル構造を示す工程断面図、第3図は従来メモリ
セル構造を示す上面図とそのA−A’断面図である。 11.1=・P型Si基板、 2  ・・フィールド酸化膜、 3.12・・第1ゲート酸化膜、 4.13・・・浮遊ゲート、 5.14・・・第2ゲート酸化膜、 6.15・・・制御ゲート、 7  ・・・選択ゲート、 8.21・・n十型層、 16、18・・・SiN層、 17、19.20・・・5102 M、22、31・・
・多結晶シリコン膜。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)半導体基板上に第1のゲート絶縁膜を介して浮遊
    ゲートが形成され、さらにこの浮遊ゲート上に第2の絶
    縁膜を介して容量結合する制御ゲートが形成され、前記
    第1の絶縁膜を通して浮遊ゲートへの電荷の授受を行な
    い、これにより書き込み・消去を行うメモリトランジス
    タよりなる不揮発性メモリ装置において、少なくとも前
    記浮遊ゲートの側壁に絶縁膜を介して前記浮遊ゲートと
    容量結合する第2の制御ゲートが設けられたことを特徴
    とする不揮発性メモリ装置。
  2. (2)半導体基板上に選択的に素子分離用絶縁膜及び素
    子形成領域を形成する工程と、前記素子形成領域上に、
    第1のゲート絶縁膜、浮遊ゲートとなる導電性膜、第2
    の絶縁膜、制御ゲートとなる導電性膜を順次形成する工
    程と、さらにその上に選択的に形成されたマスク材をマ
    スクに前記絶縁膜、導電性膜をパターニングする工程と
    、前記浮遊ゲートの側壁に絶縁膜を介して第2の制御ゲ
    ートを形成する工程とを備えた不揮発性メモリ装置の製
    造方法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6031264A (en) * 1997-09-29 2000-02-29 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company Nitride spacer technology for flash EPROM
JP2001168213A (ja) * 1999-12-03 2001-06-22 Fujitsu Ltd 半導体記憶装置及びその製造方法
JP2006319293A (ja) * 2005-05-12 2006-11-24 Hynix Semiconductor Inc フラッシュメモリ素子およびその製造方法

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JP2006319293A (ja) * 2005-05-12 2006-11-24 Hynix Semiconductor Inc フラッシュメモリ素子およびその製造方法

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